linux 多线程编程知识点汇总

1.关于死锁
通常出现死锁的情况：1）忘记释放锁 2）单线程重复申请锁 3）双线程多锁申请 （注意锁的申请顺序）4）环形锁的申请

2.条件变量和锁通常是搭配使用的

3.正确处理 Linux 平台下的线程结束问题

在 Linux 平台下，当处理线程结束时需要注意的一个问题就是如何让一个线程善始善终，让其所占资源得到正确释放。在 Linux 平台默认情况下，虽然各个线程之间是相互独立的，一个线程的终止不会去通知或影响其他的线程。但是已经终止的线程的资源并不会随着线程的终止而得到释放，我们需要调用 pthread_join() 来获得另一个线程的终止状态并且释放该线程所占的资源。 Pthread_join() 函数的定义如清单 9 。

清单 9. pthread_join 函数定义

int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);

调用该函数的线程将挂起，等待 th 所表示的线程的结束。 thread_return 是指向线程 th 返回值的指针。需要注意的是 th 所表示的线程必须是 joinable 的，即处于非 detached（游离）状态；并且只可以有唯一的一个线程对 th 调用 pthread_join() 。如果 th 处于 detached 状态，那么对 th 的 pthread_join() 调用将返回错误。

如果你压根儿不关心一个线程的结束状态，那么也可以将一个线程设置为 detached 状态，从而来让操作系统在该线程结束时来回收它所占的资源。将一个线程设置为 detached 状态可以通过两种方式来实现。一种是调用 pthread_detach() 函数，可以将线程 th 设置为 detached 状态。其申明如清单 10 。

清单 10. pthread_detach 函数定义

int pthread_detach(pthread_t th);

另一种方法是在创建线程时就将它设置为 detached 状态，首先初始化一个线程属性变量，然后将其设置为 detached 状态，最后将它作为参数传入线程创建函数 pthread_create()，这样所创建出来的线程就直接处于 detached 状态。方法如清单 11 。

清单 11. 创建 detach 线程代码实例

………………………………… .. 
    pthread_t       tid; 
    pthread_attr_t  attr; 
    pthread_attr_init(&attr); 
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); 
    pthread_create(&tid, &attr, THREAD_FUNCTION, arg);

总之为了在使用 Pthread 时避免线程的资源在线程结束时不能得到正确释放，从而避免产生潜在的内存泄漏问题，在对待线程结束时，要确保该线程处于 detached 状态，否着就需要调用 pthread_join() 函数来对其进行资源回收。

4.针对cache的优化，在业务范围内，在多线程对数据的不同处理需求，则应该考虑合适的数据结构。只有这样才可以提高线程的处理效率。

在串行程序设计过程中，为了节约带宽或者存储空间，比较直接的方法，就是对数据结构做一些针对性的设计，将数据压缩 (pack) 的更紧凑，减少数据的移动，以此来提高程序的性能。但在多核多线程程序中，这种方法往往有时会适得其反。

数据不仅在执行核和存储器之间移动，还会在执行核之间传输。根据数据相关性，其中有两种读写模式会涉及到数据的移动：写后读和写后写 ，因为这两种模式会引发数据的竞争，表面上是并行执行，但实际只能串行执行，进而影响到性能。

处理器交换的最小单元是 cache 行，或称 cache 块。在多核体系中，对于不共享 cache 的架构来说，两个独立的 cache 在需要读取同一 cache 行时，会共享该 cache 行，如果在其中一个 cache 中，该 cache 行被写入，而在另一个 cache 中该 cache 行被读取，那么即使读写的地址不相交，也需要在这两个 cache 之间移动数据，这就被称为 cache 伪共享，导致执行核必须在存储总线上来回传递这个 cache 行，这种现象被称为“乒乓效应”。

同样地，当两个线程写入同一个 cache 的不同部分时，也会互相竞争该 cache 行，也就是写后写的问题。上文曾提到，不加锁的方案反而比加锁的方案更慢，就是互相竞争 cache 的原因。

cache行的补充（链接：
 为了简化与RAM之间的通信，高速缓存控制器是针对数据块，而不是字节进行操作的。从程序设计的角度讲，高速缓存其实就是一组称之为缓存行(cache line)的固定大小的数据块，其大小是以突发读或者突发写周期的大小为基础的。

    每个高速缓存行完全是在一个突发读操作周期中进行填充或者下载的。即使处理器只存取一个字节的存储器，高速缓存控制器也启动整个存取器访问周期并请求整个数据块。缓存行第一个字节的地址总是突发周期尺寸的倍数。缓存行的起始位置总是与突发周期的开头保持一致。

    现代处理器有专门的功能单元来执行加载和存储操作。加载单元每个时钟周期只有启动一条加载操作；与加载操作一样，在大多数情况下，存储操作能够在完整流水线化的模式中工作，每个周期开始一条新的存储。

）
5.软件优化的层次

软件优化的三个层次

医生治病首先要望闻问切，然后才确定病因，最后再对症下药，如果胡乱医治一通，不死也残废。说起来大家都懂的道理，但在软件优化过程中，往往都喜欢犯这样的错误。不分青红皂白，一上来这里改改，那里改改，其结果往往不如人意。

一般将软件优化可分为三个层次：系统层面，应用层面及微架构层面。首先从宏观进行考虑，进行望闻问切，即系统层面的优化，把所有与程序相关的信息收集上来，确定病因。确定病因后，开始从微观上进行优化，即进行应用层面和微架构方面的优化。
系统层面的优化：内存不够，CPU 速度过慢，系统中进程过多等
应用层面的优化：算法优化、并行设计等
微架构层面的优化：分支预测、数据结构优化、指令优化等

软件优化可以在应用开发的任一阶段进行，当然越早越好，这样以后的麻烦就会少很多。

在实际应用程序中，采用最多的是应用层面的优化，也会采用微架构层面的优化。将某些优化和维护成本进行对比，往往选择的都是后者。如分支预测优化和指令优化，在大型应用程序中，往往采用的比较少，因为维护成本过高。

本文将从应用层面和微架构层面，对样例程序进行优化。对于应用层面的优化，将采用多线程和 CPU 亲和力技术；在微架构层面，采用 Cache 优化。

并行设计

利用并行程序设计模型来设计应用程序，就必须把自己的思维从线性模型中拉出来，重新审视整个处理流程，从头到尾梳理一遍，将能够并行执行的部分识别出来。

可以将应用程序看成是众多相互依赖的任务的集合。将应用程序划分成多个独立的任务，并确定这些任务之间的相互依赖关系，这个过程被称为分解（Decomosition）。分解问题的方式主要有三种：任务分解、数据分解和数据流分解。关于这部分的详细资料，请参看参考资料一。

仔细分析样例程序，运用任务分解的方法 ，不难发现计算 apple 的值和计算 orange 的值，属于完全不相关的两个操作，因此可以并行

6.CPU亲和性 ：进程在多个CPU之间频繁迁移，将某进程固定在某个CPU上。 C 语言大师 Rob Pike 所说：如果你无法断定程序会在什么地方耗费运行时间，瓶颈经常出现在意想不到的地方，所以别急于胡乱找个地方改代码，除非你已经证实那儿就是瓶颈所在。

7.唤醒丢失问题　
在线程未获得相应的互斥锁时调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数可能会引起唤醒丢失问题。　
唤醒丢失往往会在下面的情况下发生：　　
1)一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数；
2)另一个线程正处在测试条件变量和调用pthread_cond_wait函数之间；
3)没有线程正在处在阻塞等待的状态下。

8.锁机制用来对资源进行同步操作，一定要注意哪些资源是要进行同步操作，需要上锁！ 线程之间的协同处理，一定要有变量来作为判断其他线程的流程来协同处理。单个线程的处理流程一定要考虑到并行的任意情况下的处理方式，条件变量有需要，可以多设置一些，方便分析。
待续。。。。。