隨著 GPU 和多核 CPU 的出現(xiàn)，應(yīng)用程序變得越來越復(fù)雜，因?yàn)殚_發(fā)人員利用線程來獲得最大的應(yīng)用程序性能和響應(yīng)能力。隨著復(fù)雜性的增加，編寫代碼、調(diào)試、測試和管理應(yīng)用程序的難度也隨之增加。

在這里，我們解釋了什么是多線程，什么是線程，多線程應(yīng)用程序用于什么。

什么是編程中的線程?

線程是在進(jìn)程(或正在執(zhí)行的應(yīng)用程序)的上下文中創(chuàng)建的獨(dú)立執(zhí)行單元。當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)在一個(gè)進(jìn)程中執(zhí)行時(shí)，我們得到術(shù)語“多線程”。將其視為應(yīng)用程序的多任務(wù)處理版本。

什么是多線程?

多線程是一種程序執(zhí)行模型，它允許在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)線程，獨(dú)立執(zhí)行但同時(shí)共享進(jìn)程資源。根據(jù)硬件的不同，如果線程被分配到它們自己的 CPU 內(nèi)核，則它們可以完全并行運(yùn)行。

多線程有什么用?

將線程合并到應(yīng)用程序中的主要原因是為了提高其性能。性能可以通過多種方式表達(dá)：

Web 服務(wù)器將利用多個(gè)線程同時(shí)處理數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

圖像分析算法將一次產(chǎn)生多個(gè)線程并將圖像分割成象限以對(duì)圖像應(yīng)用過濾。

光線追蹤應(yīng)用程序?qū)?dòng)多個(gè)線程來計(jì)算視覺效果，而主 GUI 線程繪制最終結(jié)果。

多線程還導(dǎo)致計(jì)算資源的最小化和更有效的使用。由于來自一個(gè)線程的請(qǐng)求不會(huì)阻止來自其他線程的請(qǐng)求，因此提高了應(yīng)用程序響應(yīng)能力。

此外，與同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程相比，多線程占用的資源更少。與創(chuàng)建和管理線程相比，創(chuàng)建進(jìn)程需要更多的開銷、時(shí)間消耗和管理。

什么是多線程示例?

您每天使用的大多數(shù)應(yīng)用程序都有多個(gè)在后臺(tái)運(yùn)行的線程。考慮您的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器。在任何時(shí)候，您都可能打開許多選項(xiàng)卡，每個(gè)選項(xiàng)卡都顯示各種類型的內(nèi)容。多個(gè)執(zhí)行線程用于加載內(nèi)容、顯示動(dòng)畫、播放視頻等。

我們都熟悉的多線程程序的另一個(gè)例子是文字處理器。在您打字時(shí)，多個(gè)線程用于顯示您的文檔，異步檢查文檔的拼寫和語法，生成文檔的 PDF 版本。這些都是同時(shí)發(fā)生的，獨(dú)立的線程在內(nèi)部執(zhí)行這些任務(wù)。

多線程應(yīng)用程序中的常見問題

對(duì)于使用多線程的所有優(yōu)點(diǎn)，它們增加了復(fù)雜性，并且會(huì)產(chǎn)生難以解決的錯(cuò)誤。在某些常見情況下，您可能會(huì)遇到調(diào)試多線程應(yīng)用程序的挑戰(zhàn)。這些包括：

調(diào)查兩個(gè)線程正在讀取和修改相同數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)訪問問題。如果沒有正確使用鎖定機(jī)制，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致和死鎖的情況。

如果許多線程試圖訪問共享資源，則會(huì)出現(xiàn)線程饑餓和資源爭用問題。

如果顯示數(shù)據(jù)時(shí)線程未正確協(xié)調(diào)，則可能會(huì)出現(xiàn)顯示問題。

如何調(diào)試多線程應(yīng)用程序

TotalView專為具有數(shù)億行代碼和廣泛并行性和并發(fā)性的應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)。TotalView 的綜合工具包具有在 C、C++ 和 Fortran 中調(diào)試多線程的功能。TotalView 支持調(diào)試多種線程技術(shù)，包括 pthreads、OpenMP、TBB、QThread 和許多其他技術(shù)，包括跨 GPU 調(diào)試線程。

TotalView 真正的線程調(diào)試能力在于它能夠單獨(dú)控制線程的執(zhí)行和整個(gè)調(diào)試器中線程級(jí)操作的擴(kuò)散。用戶可以設(shè)置線程級(jí)斷點(diǎn)來控制一直到單個(gè)線程的執(zhí)行。他們還可以檢查特定于線程的數(shù)據(jù)并輕松地跨線程比較數(shù)據(jù)。使用 TotalView，開發(fā)人員可以快速了解其線程的狀態(tài)、檢查數(shù)據(jù)并定位代碼中的錯(cuò)誤。通過調(diào)試多線程程序，通過改進(jìn)并行性、并發(fā)性和準(zhǔn)確性來提高性能。

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