Linux线程面试题
线程与进程的区别
线程是进程内的执行单元，多个线程共享进程的资源（如内存空间、文件描述符等），而进程是操作系统资源分配的基本单位，线程间通信（IPC）更高效，因为共享内存，但需要同步机制避免竞争；进程间通信需要借助管道、消息队列等方式，开销较大，线程的创建、销毁和切换成本低于进程，适合高并发场景，但一个线程崩溃可能导致整个进程退出，进程间隔离性更强。
线程的实现方式
Linux线程主要通过以下两种方式实现：
- 用户级线程（User-Level Threads, ULT）：由线程库（如pthread）管理，内核 unaware，切换速度快，但无法利用多核CPU，且一个线程阻塞会导致整个进程阻塞。
- 内核级线程（Kernel-Level Threads, KLT）：由内核直接调度，支持多核并行，但切换开销较大，Linux采用“轻量级进程（LWP）”实现线程，每个LWP对应一个内核调度实体，用户级线程需绑定到LWP上运行。
现代多线程编程通常结合两者优势，如N:M模型（用户级线程与内核级线程多对多映射）。
线程同步机制
线程同步是避免竞争条件的关键，常见机制包括：
- 互斥锁（Mutex）：确保同一时间只有一个线程访问共享资源，通过
pthread_mutex_t实现，需注意死锁问题（如避免锁未释放、循环等待等）。 - 条件变量（Condition Variable）：配合互斥锁使用，允许线程在特定条件不满足时阻塞，等待其他线程通知，典型场景为生产者-消费者模型。
- 读写锁（RWLock）：区分读锁和写锁，允许多个线程并发读，但写操作独占，适用于读多写少的场景。
- 信号量（Semaphore）：控制同时访问资源的线程数量，可用于实现资源池或任务队列。
线程池的原理与优势
线程池是一种预先创建一定数量线程并复用的技术，避免频繁创建/销毁线程的开销，核心组件包括：
- 任务队列：存储待执行的任务。
- 工作线程：从队列中取任务并执行。
- 管理机制：动态调整线程数量（如根据任务量增减线程）。
优势包括：降低资源消耗、提高响应速度、避免线程数量失控导致的系统过载，实现时需注意任务队列的线程安全（如使用互斥锁+条件变量）以及合理设置线程池大小（如CPU密集型任务数≈CPU核心数，I/O密集型任务数可适当增加）。
线程的属性与参数
线程可通过pthread_attr_t结构体配置属性，常见属性包括：
- 分离状态（Detached）：分离线程结束后自动释放资源，无需
pthread_join；默认为可结合状态（Joinable），需显式回收。 - 作用域（Scope）：决定线程竞争CPU的范围，如
PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（内核调度）或PTHREAD_SCOPE_PROCESS（进程内调度）。 - 栈大小与地址：通过
stacksize和stackaddr自定义线程栈，避免栈溢出或内存浪费。
线程安全的注意事项
编写线程安全代码需关注：
- 共享资源的访问：对全局变量、静态数据等加锁，确保原子操作。
- 避免竞态条件：检查-操作-（Check-Then-Act）场景需同步，如
if (count == 0) { ... }可能被多个线程同时通过检查。 - 死锁预防：按固定顺序加锁、避免锁嵌套过深、使用
trylock替代阻塞锁。 - 信号处理：信号处理函数应尽量简短，或使用
sigaction的SA_SIGINFO标志结合线程安全机制。
线程与性能优化
- CPU绑定（Affinity）：通过
pthread_setaffinity_np将线程绑定到特定CPU核心，减少缓存失效，提升缓存命中率。 - 避免频繁锁竞争：可采用细粒度锁（如将大锁拆分为多个小锁）或无锁数据结构（如CAS操作）。
- I/O与计算分离：将阻塞I/O操作交给独立线程，避免阻塞工作线程，如使用
epoll+线程池处理网络请求。
常见面试题与陷阱
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如何避免死锁？
答案：破坏死锁四个必要条件（互斥、占有并等待、非抢占、循环等待），如按序加锁、超时释放锁等。
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线程与协程的区别？
线程由内核调度，协程由用户态调度；线程切换需内核态介入，协程切换在用户态完成，成本更低。
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为什么
fork()后需谨慎处理多线程？fork()仅复制调用线程的内存空间，子进程可能锁状态不一致，导致死锁，建议在fork()前先解锁，或使用pthread_atfork注册清理函数。
掌握以上知识点，可系统理解Linux线程的核心概念与实际应用,为面试和开发打下坚实基础。
