多线程技术指南

随着 GPU 和多核 CPU 的出现，应用程序变得越来越复杂，因为开发人员利用线程来获得最大的应用程序性能和响应能力。随着复杂性的增加，编写代码、调试、测试和管理应用程序的难度也随之增加。

在这里，我们解释了什么是多线程，什么是线程，多线程应用程序用于什么。

什么是编程中的线程?

线程是在进程(或正在执行的应用程序)的上下文中创建的独立执行单元。当多个线程同时在一个进程中执行时，我们得到术语“多线程”。将其视为应用程序的多任务处理版本。

什么是多线程?

多线程是一种程序执行模型，它允许在一个进程内创建多个线程，独立执行但同时共享进程资源。根据硬件的不同，如果线程被分配到它们自己的 CPU 内核，则它们可以完全并行运行。

多线程有什么用?

将线程合并到应用程序中的主要原因是为了提高其性能。性能可以通过多种方式表达：

Web 服务器将利用多个线程同时处理数据请求。

图像分析算法将一次产生多个线程并将图像分割成象限以对图像应用过滤。

光线追踪应用程序将启动多个线程来计算视觉效果，而主 GUI 线程绘制最终结果。

多线程还导致计算资源的最小化和更有效的使用。由于来自一个线程的请求不会阻止来自其他线程的请求，因此提高了应用程序响应能力。

此外，与同时运行多个进程相比，多线程占用的资源更少。与创建和管理线程相比，创建进程需要更多的开销、时间消耗和管理。

什么是多线程示例?

您每天使用的大多数应用程序都有多个在后台运行的线程。考虑您的互联网浏览器。在任何时候，您都可能打开许多选项卡，每个选项卡都显示各种类型的内容。多个执行线程用于加载内容、显示动画、播放视频等。

我们都熟悉的多线程程序的另一个例子是文字处理器。在您打字时，多个线程用于显示您的文档，异步检查文档的拼写和语法，生成文档的 PDF 版本。这些都是同时发生的，独立的线程在内部执行这些任务。

多线程应用程序中的常见问题

对于使用多线程的所有优点，它们增加了复杂性，并且会产生难以解决的错误。在某些常见情况下，您可能会遇到调试多线程应用程序的挑战。这些包括：

调查两个线程正在读取和修改相同数据的数据访问问题。如果没有正确使用锁定机制，就会出现数据不一致和死锁的情况。

如果许多线程试图访问共享资源，则会出现线程饥饿和资源争用问题。

如果显示数据时线程未正确协调，则可能会出现显示问题。

如何调试多线程应用程序

TotalView专为具有数亿行代码和广泛并行性和并发性的应用程序而设计。TotalView 的综合工具包具有在 C、C++ 和 Fortran 中调试多线程的功能。TotalView 支持调试多种线程技术，包括 pthreads、OpenMP、TBB、QThread 和许多其他技术，包括跨 GPU 调试线程。

TotalView 真正的线程调试能力在于它能够单独控制线程的执行和整个调试器中线程级操作的扩散。用户可以设置线程级断点来控制一直到单个线程的执行。他们还可以检查特定于线程的数据并轻松地跨线程比较数据。使用 TotalView，开发人员可以快速了解其线程的状态、检查数据并定位代码中的错误。通过调试多线程程序，通过改进并行性、并发性和准确性来提高性能。

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