為什麼使用多線程?

• 耗時的操作使用線程，提高應用程式響應
• 并行操作時使用線程，如C/S架構的伺服器端并發線程響應使用者的請求。
• 多CPU系統中，使用線程提高CPU使用率

• 改善程式結構。一個既長又複雜的程序可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨

  立的運作部分，這樣的程式會利于了解和修改。

使用多線程的理由之一是和程序相比，它是一種非常花銷小，切換快，更"節儉"的多任務操作方式。在Linux系統下，啟動一個新的程序必須配置設定給它獨立的位址空間，建立衆多的資料表來維護它的代碼段、堆棧段和資料段，這是一種"昂貴"的多任務工作方式。而運作于一個程序中的多個線程，它們彼此之間使用相同的位址空間，共享大部分資料，啟動一個線程所花費的空間遠遠小于啟動一個程序所花費的空間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠遠小于程序間切換所需要的時間。

使用多線程的理由之二是線程間友善的通信機制。對不同程序來說，它們具有獨立的資料空間，要進行資料的傳遞隻能通過通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很不友善。線程則不然，由于同一程序下的線程之間共享資料空間，是以一個線程的資料可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且友善。當然，資料的共享也帶來其他一些問題，有的變量不能同時被兩個線程所修改，有的子程式中聲明為static的資料更有可能給多線程程式帶來災難性的打擊，這些正是編寫多線程程式時最需要注意的地方。

除了以上所說的優點外，不和程序比較，多線程程式作為一種多任務、并發的工作方式，當然有以下的優點：

1. 提高應用程式響應。這對圖形界面的程式尤其有意義，當一個操作耗時很長時，整個系統都會等待這個操作，此時程式不會響應鍵盤、滑鼠、菜單的操作，而使用多線程技術，将耗時長的操作（time consuming）置于一個新的線程，可以避免這種尴尬的情況。
2. 使多CPU系統更加有效。作業系統會保證當線程數不大于CPU數目時，不同的線程運作于不同的CPU上。
3. 改善程式結構。一個既長又複雜的程序可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨立的運作部分，這樣的程式會利于了解和修改。

目前流行的Windows作業系統，它能同時運作幾個程式(獨立運作的程式又稱之為程序)，對于同一個程式，它又可以分成若幹個獨立的執行流，我們稱之為線程，線程提供了多任務處理的能力。用程序和線程的觀點來研究軟體是當今普遍采用的方法，程序和線程的概念的出現，對提高軟體的并行性有着重要的意義。現在的應用軟體無一不是多線程多任務處理，單線城的軟體是不可想象的。是以掌握多線程多任務設計方法對每個程式員都是必需要掌握的。本文針對多線程技術在應用中經常遇到的問題，如線程間的通信、同步等，對它們分别進行探讨。

了解線程

要講解線程，不得不說一下程序，程序是應用程式的執行執行個體，每個程序是由私有的虛拟位址空間、代碼、資料和其它系統資源組成。程序在運作時建立的資源随着程序的終止而死亡。線程的基本思想很簡單，它是一個獨立的執行流，是程序内部的一個獨立的執行單元，相當于一個子程式，它對應Visual C++中的CwinThread類的對象。單獨一個執行程式運作時，預設的運作包含的一個主線程，主線程以函數位址的形式，如main或WinMain函數，提供程式的啟動點，當主線程終止時，程序也随之終止，但根據需要，應用程式又可以分解成許多獨立執行的線程，每個線程并行的運作在同一程序中。

一個程序中的所有線程都在該程序的虛拟位址空間中，使用該程序的全局變量和系統資源。作業系統給每個線程配置設定不同的CPU時間片，在某一個時刻，CPU隻執行一個時間片内的線程，多個時間片中的相應線程在CPU内輪流執行，由于每個時間片時間很短，是以對使用者來說，仿佛各個線程在計算機中是并行處理的。作業系統是根據線程的優先級來安排CPU的時間，優先級高的線程優先運作，優先級低的線程則繼續等待。

線程被分為兩種：使用者界面線程和工作線程（又稱為背景線程）。使用者界面線程通常用來處理使用者的輸入并響應各種事件和消息，其實，應用程式的主執行線程CWinAPP對象就是一個使用者界面線程，當應用程式啟動時自動建立和啟動，同樣它的終止也意味着該程式的結束，進城終止。工作者線程用來執行程式的背景處理任務，比如計算、排程、對序列槽的讀寫操作等，它和使用者界面線程的差別是它不用從CwinThread類派生來建立，對它來說最重要的是如何實作工作線程任務的運作控制函數。工作線程和使用者界面線程啟動時要調用同一個函數的不同版本；最後需要讀者明白的是，一個程序中的所有線程共享它們父程序的變量，但同時每個線程可以擁有自己的變量。

随着擁有多個硬線程CPU（超線程、雙核）的普及，多線程和異步操作等并發程式設計方法也受到了更多的關注和讨論。本文主要是想與各位高手一同探讨一下如何使用并發來最大化程式的性能。

多線程和異步操作的異同

多線程和異步操作兩者都可以達到避免調用線程阻塞的目的，進而提高軟體的可響應性。甚至有些時候我們就認為多線程和異步操作是等同的概念。但是，多線程和異步操作還是有一些差別的。而這些差別造成了使用多線程和異步操作的時機的差別。

異步操作的本質

所有的程式最終都會由計算機硬體來執行，是以為了更好的了解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬體基礎。 熟悉電腦硬體的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬碟、光驅的技術規格中都有明确DMA的模式名額，其實網卡、聲霸卡、顯示卡也是有DMA功能的。DMA就是直接記憶體通路的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬體在和記憶體進行資料交換的時候可以不消耗CPU資源。隻要CPU在發起資料傳輸時發送一個指令，硬體就開始自己和記憶體交換資料，在傳輸完成之後硬體會觸發一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬體基礎。是以即使在DOS這樣的單程序（而且無線程概念）系統中也同樣可以發起異步的DMA操作。

線程的本質

線程不是一個計算機硬體的功能，而是作業系統提供的一種邏輯功能，線程本質上是程序中一段并發運作的代碼，是以線程需要作業系統投入CPU資源來運作和排程。

異步操作的優缺點

因為異步操作無須額外的線程負擔，并且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變量的數量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也并非完美無暇。編寫異步操作的複雜程度較高，程式主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些初入，而且難以調試。

多線程的優缺點

多線程的優點很明顯，線程中的處理程式依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，是以程式設計簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現。

适用範圍