27.1 什么是线程

线程是操作系统能够进行调度的最小单位，它是进程中的实际运作单位，每个进程至少包含一个线程。在多核处理器越来越普及的今天，多线程编程也用得越来越广泛。多线程的优势有：

容易利用多核优势；
比单线程反应更敏捷，比多进程资源共享更容易。

多线程编程在许多领域是不可或缺的。但是，多线程并行，非常容易引发数据竞争，而且还非常不容易被发现和 debug。下面，我们用 C++语言来演示一下什么是数据竞争（这里是故意写的有 bug 的版本）：

rust

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <thread>
#include <string>

#define COUNT 1000000
volatile int g_num = 0;

void thread1()
{
    for (int i=0; i<COUNT; i++){
        g_num++;
    }
}

void thread2()
{
    for (int i=0; i<COUNT; i++){
        g_num--;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    std::thread t1(thread1);
    std::thread t2(thread2);
    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "final value:" << g_num << std::endl;
    return 0;
}

我们可以使用g++ -pthread -std=c++11 temp.cpp命令编译这段代码。

在这段代码中，我们创建了两个线程。一个线程去修改全局变量global，循环1000000次加1。另外一个线程也去修改全局变量global，循环1000000次减1。如果没有数据竞争的话，这两个线程执行完毕后，数据最终一定是回到初始值0。然而，我们尝试运行后发现，每次执行的结果都不是0，而且每次的结果都不一样。

为什么会发生这样的现象呢？这是因为，为普通变量加1减1 这样的操作并非“原子”操作。我们简化一下这个过程，可以将它分为三个步骤：读数据、执行计算、写数据。理想情况下，我们期望的执行流程应该是下面这样的：

Thread 1	Thread 2	读/写	变量值
			0
读数据		←	0
加 1			0
写数据		→	1
	读数据	←	1
	减 1		1
	写数据	→	0

然而，线程的调度是不受我们控制的，即便线程 1 和线程 2 内部的执行流程不变，只要调度时机发生了变化，结果也会不同。比如实际的执行过程中，有可能是这样的情况：

Thread 1	Thread 2	读/写	变量值
			0
读数据		←	0
	读数据	←	0
加 1			0
	减 1		0
写数据		→	1
	写数据	→	-1

根据调度情况的不同，最终的结果也会有所差异，所以我们可以看到这个程序的执行结果不是0，而且循环次数越多，发生数据竞争的机会也越大。

在传统的系统级编程语言中，写多线程代码很容易出错。而 Rust 的一大特点就是消除了数据竞争，保证了线程安全。下面介绍 Rust 中的线程。

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27.1 什么是线程