線程基礎知識

1. 進程與線程有那些區別和聯絡？
     每個進程至少需要一個線程。
         進程由兩部分構成：進程核心對象，地址空間。線程也由兩部分組成：線程核心對象，作業系統用它來對線程實施管理。線程堆棧，用於維護線程在執行代碼時需要的所有函數參數和局部變數。
        進程是不活潑的。進程從來不執行任何東西，它只是線程的容器。線程總是在某個進程環境中建立的，而且它的整個壽命期都在該進程中。
        如果在單進程環境中，有多個線程正在運行，那麼這些線程將共用單個地址空間。這些線程能夠執行相同的代碼，對相同的資料進行操作。這些線程還能共用核心物件控點，因為控制代碼表依賴於每個進程而不是每個線程存在。
        進程使用的系統資源比線程多得多。實際上，線程只有一個核心對象和一個堆棧，保留的記錄很少，因此需要很少的記憶體。因此始終都應該設法用增加線程來解決編程問題，避免建立新的進程。但是許多程式設計用多個進程來實現會更好些。

2. 如何使用_beginthreadex函數？
         使用方法與CreateThread函數相同，只是調用參數類型需要轉換。

3. 如何使用CreateThread函數？
        
當CreateThread被調用時，系統建立一個線程核心對象。該線程核心對象不是線程本身，而是作業系統用來管理線程的較小的資料結構。使用時應當注
意在不需要對線程核心進行訪問後調用CloseHandle函數關閉線程控制代碼。因為CreateThread函數中使用某些C/C++運行期庫函數時會有
記憶體流失，所以應當盡量避免使用。
參數含義：
lpThreadAttributes  如果傳遞NULL該線程使用預設安全屬性。如果希望所有的子進程能夠繼承該線程對象的控制代碼，必須將它的bInheritHandle成員被初始化為TRUE。
dwStackSize  設定線程堆棧的地址空間。如果非0，函數將所有的儲存空間保留並分配給線程的堆棧。如果是0，CreateThread就保留一個地區，並且將連結程式嵌入.exe檔案的/STACK連結程式開關資訊指明的儲存空間容量分配給線程堆棧。
lpStartAddress  線程函數的地址。
lpParameter  傳遞給線程函數的參數。
dwCreationFlags  如果是0，線程建立後立即進行調度。如果是CREATE_SUSPENDED，系統對它進行初始化後暫停該線程的運行。
LpThreadId  用來存放系統分配給新線程的ID。

4. 如何終止線程的運行？
(1)   線程函數返回（最好使用這種方法）。
這是確保所有線程資源被正確地清除的唯一辦法。
如果線程能夠返回，就可以確保下列事項的實現：
線上程函數中建立的所有C++對象均將通過它們的撤消函數正確地撤消。
作業系統將正確地釋放線程堆棧使用的記憶體。
系統將線程的結束代碼設定為線程函數的傳回值。
系統將遞減線程核心對象的使用計數。
(2)   調用ExitThread函數（最好不要使用這種方法）。
該函數將終止線程的運行，並導致作業系統清除該線程使用的所有作業系統資源。但是，C++資源（如C++類對象）將不被撤消。
(3)    調用TerminateThread函數（應該避免使用這種方法）。
TerminateThread
能撤消任何線程。線程的核心對象的使用計數也被遞減。TerminateThread函數是非同步啟動並執行函數。如果要確切地知道該線程已經終止運行，必須調
用WaitForSingleObject或者類似的函數。當使用返回或調用ExitThread的方法撤消線程時，該線程的記憶體堆棧也被撤消。但是，如
果使用TerminateThread，那麼在擁有線程的進程終止運行之前，系統不撤消該線程的堆棧。
(4)    包含線程的進程終止運行（應該避免使用這種方法）。
由於整個進程已經被關閉，進程使用的所有資源肯定已被清除。就像從每個剩餘的線程調用TerminateThread一樣。這意味著正確的應用程式清除沒有發生，即C++對象撤消函數沒有被調用，資料沒有轉至磁碟等等。
一旦線程不再運行，系統中就沒有別的線程能夠處理該線程的控制代碼。然而別的線程可以調GetExitcodeThread來檢查由hThread標識的線程是否已經終止運行。如果它已經終止運行，則確定它的結束代碼。

5. 為什麼不要使用_beginthread函數和_endthread函數？
 與_beginthreadex函數相比參數少，限制多。無法建立暫停線程，無法取得線程ID。_endthread函數無參數，線程結束代碼必須為0。還有_endthread函數內部關閉了線程的控制代碼，一旦退出將不能正確訪問線程控制代碼。

6. 如何對進程或線程的核心進行引用？
HANDLE GetCurrentProcess(  );
HANDLE GetCurrentThread(  );
這
兩個函數都能返回調用線程的進程的偽控制代碼或線程核心對象的偽控制代碼。偽控制代碼只能在當前的進程或線程中使用，在其它線程或進程將不能訪問。函數並不在建立進程
的控制代碼表中建立新控制代碼。調用這些函數對進程或線程核心對象的使用計數沒有任何影響。如果調用CloseHandle，將偽控制代碼作為參數來傳遞，那麼
CloseHandle就會忽略該函數的調用並返回FALSE。
DWORD GetCurrentProcessId(  );
DWORD GetCurrentThreadId(  );
這兩個函數使得線程能夠查詢它的進程的唯一ID或它自己的唯一ID。

7. 如何將偽控制代碼轉換為實控制代碼？
HANDLE hProcessFalse = NULL;
HANDLE hProcessTrue = NULL;
HANDLE hThreadFalse = NULL;
HANDLE hThreadTrue = NULL;

hProcessFalse = GetCurrentProcess(  );
hThreadFalse = GetCurrentThread(  );
取得線程實控制代碼：
DuplicateHandle( hProcessFalse, hThreadFalse, hProcessFalse, &hThreadTrue, 0, FALSE, DUPLICATE_SAME_ACCESS );
取得進程實控制代碼：
DuplicateHandle( hProcessFalse, hProcessFalse, hProcessFalse, &hProcessTrue, 0, FALSE, DUPLICATE_SAME_ACCESS );
由於DuplicateHandle會遞增特定對象的使用計數，因此當完成對複製物件控點的使用時，應該將目標控制代碼傳遞給CloseHandle，從而遞減對象的使用計數。

8. 在一個進程中可建立線程的最大數是得多少？
線程的最大數取決於該系統的可用虛擬記憶體的大小。預設每個線程最多可擁有至多1MB大小的棧的空間。所以，至多可建立2028個線程。如果減少預設堆棧的大小，則可以建立更多的線程。

線程的調度、優先順序和親緣性
1. 如何暫停和恢複線程的運行？
       
線程核心對象的內部有一個值指明線程的暫停計數。當調用CreateProcess或CreateThread函數時，就建立了線程的核心對象，並且它的
暫停計數被初始化為1。因為線程的初始化需要時間，不能在系統做好充分的準備之前就開始執行線程。線程完全初始化好了之後，CreateProcess或
CreateThread要查看是否已經傳遞了CREATE_SUSPENDED標誌。如果已經傳遞了這個標誌，那麼這些函數就返回，同時新線程處於暫停
狀態。如果尚未傳遞該標誌，那麼該函數將線程的暫停計數遞減為0。當線程的暫停計數是0的時候，除非線程正在等待其他某種事情的發生，否則該線程就處於可
調度狀態。在暫停狀態中建立一個線程，就能夠線上程有機會執行任何代碼之前改變線程的運行環境（如優先順序）。一旦改變了線程的環境，必須使線程成為可調度
線程。方法如下：
hThread = CreatThread( ……，CREATE_SUSPENDED，…… );
或
bCreate = CreatProcess( ……，CREATE_SUSPENDED，……，pProcInfo );
if( bCreate != FALSE )
{
 hThread = pProcInfo.hThread;
}
……
……
……
ResumeThread( hThread );
CloseHandle( hThread );
ResumeThread成功，它將返回線程的前一個暫停計數，否則返回0xFFFFFFFF。
單
個線程可以暫停若干次。如果一個線程暫停了3次，它必須恢複3次。建立線程時，除了使用CREATE_SUSPENDED外，也可以調用
SuspendThread函數來暫停線程的運行。任何線程都可以調用該函數來暫停另一個線程的運行（只要擁有線程的控制代碼）。線程可以自行暫停運行，但是
不能自行恢複運行。與ResumeThread一樣，SuspendThread返回的是線程的前一個暫停計數。線程暫停最多次數可以是
MAXIMUM_SUSPEND_COUNT次。SuspendThread與核心方式的執行是非同步進行的，但是線上程恢複運行之前，不會發生使用者方式的
執行。調用SuspendThread時必須小心，因為不知道暫停線程運行時它在進行什麼操作。只有確切知道目標線程是什麼（或者目標線程正在做什麼），
並且採取強有力的措施來避免因暫停線程的運行而帶來的問題或死結狀態，SuspendThread才是安全的。

2. 是否可以暫停和恢複進程的運行？
        
對於Windows來說，不存在暫停或恢複進程的概念，因為進程從來不會被安排獲得CPU時間。不過Windows確實允許一個進程暫停另一個進程中的所
有線程的運行，但是從事暫停操作的進程必須是個偵錯工具。特別是，進程必須調用WaitForDebugEvent和
ContinueDebugEvent之類的函數。由於競爭的原因，Windows沒有提供其他方法來暫停進程中所有線程的運行。

3. 如何使用sleep函數？
         系統將在大約的指定毫秒數內使線程不可調度。Windows不是個即時作業系統。雖然線程可能在規定的時間被喚醒，但是它能否做到，取決於系統中還有什麼操作進行中。
可
以調用Sleep，並且為dwMilliseconds參數傳遞INFINITE。這將告訴系統永遠不要調度該線程。這不是一件值得去做的事情。最好是讓
線程退出，並還原它的堆棧和核心對象。可以將0傳遞給Sleep。這將告訴系統，調用線程將釋放剩餘的時間片，並迫使系統調度另一個線程。但是，系統可以
對剛剛調用Sleep的線程重新調度。如果不存在多個擁有相同優先順序的可調度線程，就會出現這種情況。

4. 如何轉換到另一個線程？
        
系統提供了SwitchToThread函數。當調用這個函數的時候，系統要查看是否存在一個迫切需要CPU時間的線程。如果沒有線程迫切需要CPU時
間，SwitchToThread就會立即返回。如果存在一個迫切需要CPU時間的線程，SwitchToThread就對該線程進行調度（該線程的優先
級可能低於調用SwitchToThread的線程）。這個迫切需要CPU時間的線程可以運行一個時間段，然後系統發送器照常運行。該函數允許一個需要
資源的線程強制另一個優先順序較低、而目前卻擁有該資源的線程放棄該資源。如果調用SwitchToThread函數時沒有其他線程能夠運行，那麼該函數返
回FALSE，否則返回一個非0值。調用SwitchToThread與調用Sleep是相似的。差別是SwitchToThread允許優先順序較低的線
程運行；而即使有低優先順序線程迫切需要CPU時間，Sleep也能夠立即對調用線程重新進行調度。

5. 如何取得線程啟動並執行時間？
(1)   簡單取得線程大概已耗用時間：
DWORD dwStartTime = 0;
DWORD dwEndTime = 0;
DWORD dwRunTime = 0;
dwStartTime = GetTickCount(  );
……
……
……
dwEndTime = GetTickCount(  );
dwRunTime = dwEndTime – dwStartTime;
(2)    調用GetThreadTimes的函數：
參數含義：
hThread 線程控制代碼
lpCreationTime 建立時間：英國格林威治時間
lpExitTime 退出時間：英國格林威治時間，如果線程仍然在運行，退出時間則未定義
lpKernelTime 核心程式的時間：指明線程執行作業系統代碼已經經過了多少個100ns的CPU時間
lpUserTime 使用者時間：指明線程執行應用程式代碼已經經過了多少個100ns的CPU時間
GetProcessTimes
是個類似GetThreadTimes的函數，適用於進程中的所有線程（甚至是已經終止啟動並執行線程）。返回的核心程式的時間是所有進程的線程在核心代碼中經過的
全部時間的總和。GetThreadTimes和GetProcessTimes這兩個函數在Windows98中不起作用。在Windows98中，沒
有一個可靠的機制可供應用程式來確定線程或進程已經使用了多少CPU時間。

6. 進程的優先順序類有哪些？
優先順序類 標識符 描述
即時    REALTIME_PRIORITY_CLASS 立即對事件作出響應，執行關鍵時間的任務。會搶先於作業系統組件之前運行。
高    HIGH_PRIORITY_CLASS 立即對事件作出響應，執行關鍵時間的任務。
高於正常    ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS 在正常優先順序與高優先順序之間運行（Windows2000）。
正常    NORMAL_PRIORITY_CLASS 沒有特殊調度需求
低於正常    BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS 在正常優先順序與空閑優先順序之間運行（Windows2000）。
空閑    IDLE_PRIORITY_CLASS 在系統空閑時運行。
設定方法：
BOOL SetPriorityClass( HANDLE hProcess, DWORD dwPriority );
DWORD GetPriorityClass( HANDLE hProcess );
使用命令外殼啟動一個程式時，該程式的起始優先順序是正常優先順序。如果使用Start命令來啟動該程式，可以使用一個開關來設定應用程式的起始優先順序。例如：
c:\>START /LOW CALC.EXE
Start命令還能識別/BELOWNORMAL、/NORMAL、/ABOVENORMAL、/HIGH和/REALTIME等開關。

7. 線程的相對優先順序有哪些？
相對優先順序 標識符 描述
關鍵時間    THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 對於即時優先順序類線程在優先順序31上運行，對於其他優先順序類，線程在優先順序15上運行。
最高    THREAD_PRIORITY_HIGHEST 線程在高於正常優先順序上兩級上運行。
高於正常    THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 線程在正常優先順序上一級上運行。
正常    THREAD_PRIORITY_NORMAL 線程在進程的優先順序類上正常運行。
低於正常    THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 線程在低於正常優先順序下一級上運行。
最低    THREAD_PRIORITY_LOWEST 線程在低於正常優先順序下兩級上運行。
空閑    THREAD_PRIORITY_IDLE 對於即時優先順序類線程在優先順序16上運行對於其他優先順序類線程在優先順序1上運行。
設定方法：
BOOL SetThreadPriority( HANDLE hThread, DWORD dwPriority );
DWORD GetThreadPriorityClass( HANDLE hThread );

8. 如何避免系統動態提高線程的優先順序等級？
       
系統常常要提高線程的優先順序等級，以便對視窗訊息或讀取磁碟等I/O事件作出響應。或者當系統發現一個線程在大約3至4s內一直渴望得到CPU時間，它就
將這個渴望得到CPU時間的線程的優先順序動態提高到15，並讓該線程運行兩倍於它的時間量。當到了兩倍時間量的時候，該線程的優先順序立即返回到它的基本優
先級。下面的函數可以對系統的調度方式進行設定：
BOOL SetProcessPriorityBoost( HANDLE hProcess, BOOL bDisableBoost );
BOOL GetProcessPriorityBoost( HANDLE hProcess, PBOOL pbDisableBoost );
BOOL SetThreadPriorityBoost( HANDLE hThread, BOOL bDisableBoost );
BOOL GetThreadPriorityBoost( HANDLE hThread, PBOOL pbDisableBoost );
SetProcessPriorityBoost負責告訴系統啟用或停用進行中的所有線程的優先順序提高功能，而SetThreadPriorityBoost則啟用或停用各個線程的優先順序提高功能。Windows98沒有提供這4個函數的有用的實現代碼。

使用者方式中線程的同步
1. 僅一條語句用不用考慮線程同步的問題？
當
使用進階語言編程時，我們往往會認為一條語句是最小的原子訪問，CPU不會在這條語句中間運行其他的線程。這是錯誤的，因為即使非常簡單的一條進階語言的
語句，經編譯器編譯後也可能變成多行代碼由電腦來執行。因此必須考慮線程同步的問題。任何線程都不應該通過調用簡單的C語句來修改共用的變數。

2. 互鎖函數有那些？
（1） LONG InterlockedExchangeAdd ( LPLONG Addend, LONG Increment );
Addend為長整型變數的地址，Increment為想要在Addend指向的長整型變數上增加的數值（可以是負數）。這個函數的主要作用是保證這個加操作為一個原子訪問。
（2） LONG InterlockedExchange( LPLONG Target, LONG Value );
用第二個參數的值取代第一個參數指向的值。函數傳回值為原始值。
（3） PVOID InterlockedExchangePointer( PVOID *Target, PVOID Value );
用第二個參數的值取代第一個參數指向的值。函數傳回值為原始值。
（4） LONG InterlockedCompareExchange(
LPLONG Destination, LONG Exchange, LONG Comperand  );
如果第三個參數與第一個參數指向的值相同，那麼用第二個參數取代第一個參數指向的值。函數傳回值為原始值。
（5） PVOID InterlockedCompareExchangePointer (
PVOID *Destination, PVOID Exchange, PVOID Comperand );
如果第三個參數與第一個參數指向的值相同，那麼用第二個參數取代第一個參數指向的值。函數傳回值為原始值。

3. 為什麼單CPU的電腦不應該使用迴圈鎖？
舉例說明：
BOOL g_bResourceUse = FALSE;
……
void ThreadFunc1(  )
{
 BOOL bResourceUse = FALSE;
 while( 1 )
{
 bResourceUse = InterlockedExchange( &g_bResourceUse, TRUE );
 if( bResourceUse == FALSE )
 {
  break;
 }
 Sleep( 0 );
}
……
……
……
InterlockedExchange( &g_bResourceUse, FALSE );
}
首
先迴圈鎖會浪費CPU時間。CPU必須不斷地比較兩個值，直到一個值由於另一個線程而“奇妙地”改變為止。而且使用該迴圈鎖的線程都應該為同一優先順序，並
且應當使用SetProcessPriorityBoost函數或SetThreadPriorityBoost函數禁止線程優先順序的動態提高功能，否則
優先順序較低的線程可能永遠不能被調用。

4. 如何使用volatile聲明變數？
如果是對共用資源的地址進行使用如&
g_Resource那麼可以不使用volatile，因為將一個變數地址傳遞給一個函數時，該函數必須從記憶體讀取該值。最佳化程式不會對它產生任何影響。
如果直接使用變數，必須有一個volatile類型的限定詞。它告訴編譯器，變數可以被應用程式本身以外的某個東西進行修改，這些東西包括作業系統，硬體
或同時執行的線程等。volatile限定詞會告訴編譯器，不要對該變數進行任何最佳化，並且總是重新載入來自該變數的記憶體單元的值。否則編譯器會把變數的
值存入CPU寄存器，每次對寄存器進行操作。線程就會進入一個無限迴圈，永遠無法喚醒。

5. 如何使用關鍵程式碼片段實現線程的同步？
如
果需要一小段代碼以原子操作的方式執行，這時簡單的互鎖函數已不能滿足需要，必須使用關鍵程式碼片段來解決問題。不過使用關鍵程式碼片段時，很容易陷入死結狀態，
因為在等待進入關鍵程式碼片段時無法設定逾時值。關鍵程式碼片段是通過對共用資源設定一個標誌來實現的，就像廁所門上的“有人/沒人”標誌一樣。這個標誌就是一個
CRITICAL_SECTION變數。該變數在任何一個線程使用它之前應當進行初始化。初始化可以有兩種方法，使用
InitializeCriticalSection函數和InitializeCriticalSectionAndSpinCount函數。然後在每
個使用共用資源的線程函數的關鍵程式碼片段前使用EnterCriticalSection函數或者使用TryEnterCriticalSection函
數。在關鍵程式碼片段使用之後調用LeaveCriticalSection函數。在所有的線程都不再使用該共用資源後應當調用
DeleteCriticalSection函數來清除該標誌。舉例說明：
const int MAX_TIMES = 1000;