为什么线程共享堆空间？

Question

每个线程都有自己的堆栈，但它们共享一个公共堆。

每个人都清楚堆栈是用于局部/方法变量和变量的。堆用于实例/类变量。

线程之间共享堆有什么好处？

有多个线程同时运行，因此共享内存可能会导致并发修改、互斥等开销等问题。 堆中线程共享哪些内容。

为什么会这样呢？为什么不让每个线程也拥有自己的堆呢？谁能提供一个现实世界的例子，线程如何利用共享内存？

Answer 1

当您想将数据从一个线程传递到另一个线程时该怎么办？ （如果您从未这样做过，那么您将编写单独的程序，而不是一个多线程程序。）主要有两种方法：

• 您似乎认为理所当然的方法是共享内存：除了有令人信服的理由需要特定于线程的数据（例如堆栈）之外，所有线程都可以访问所有数据。基本上，有一个共享堆。这为您提供了速度：任何时候一个线程更改某些数据，其他线程都可以看到它。 （限制：如果线程在不同的处理器上执行，则情况并非如此：程序员需要特别努力才能正确且有效地使用共享内存。）大多数主要命令式语言，特别是 Java 和 C# ，喜欢这个模型。

  每个线程可以有一个堆，再加上一个共享堆。这需要程序员决定将哪些数据放在哪里，而这通常与现有的编程语言不能很好地配合。

• 双重方法是消息传递：每个线程都有自己的数据空间；当一个线程想要与另一个线程通信时，它需要显式地向另一个线程发送消息，以便将数据从发送者堆复制到接收者堆。在这种设置中，许多社区更喜欢将线程称为进程。这为您提供了安全：由于线程无法随心所欲地覆盖其他线程的内存，因此可以避免很多错误。另一个好处是分布：您可以使线程在不同的计算机上运行，​​而无需更改程序中的一行。您可以找到大多数语言的消息传递库，但集成往往不太好。理解消息传递的好语言是 Erlang 和 JoCaml。

  事实上，消息传递环境通常在幕后使用共享内存，至少只要线程在同一台机器/处理器上运行。这节省了大量时间和内存，因为将消息从一个线程传递到另一个线程不需要复制数据。但由于共享内存不暴露给程序员，其固有的复杂性仅限于语言/库的实现。

Answer 2

因为否则它们将是流程。这就是线程共享内存的整个想法。

Answer 3

通常，进程不共享堆空间。有 API 允许这样做，但默认情况下进程是单独的

线程共享堆空间。

这就是“实用的想法”——使用内存的两种方式——共享和不共享。

Answer 4

在许多语言/运行时中，堆栈（除其他外）用于保存函数/方法参数和变量。如果线程共享堆栈，事情就会变得非常混乱。

void MyFunc(int a) // Stored on the stack
{
   int b; // Stored on the stack
}

当对“MyFunc”的调用完成时，堆栈将被弹出，并且 a 和 b 不再位于堆栈中。由于线程不共享堆栈，因此变量 a 和 b 不存在线程问题。

由于堆栈的性质（压入/弹出），它并不真正适合在函数调用之间保持“长期”状态或共享状态。像这样：

int globalValue; // stored on the heap

void Foo() 
{
   int b = globalValue; // Gets the current value of globalValue

   globalValue = 10;
}

void Bar() // Stored on the stack
{
   int b = globalValue; // Gets the current value of globalValue

   globalValue = 20;
}


void main()
{
   globalValue = 0;
   Foo();
   // globalValue is now 10
   Bar();
   // globalValue is now 20
}

Answer 5

堆只是堆栈之外动态分配的所有内存。由于操作系统提供了单个地址空间，因此很明显，根据定义，堆由进程中的所有线程共享。至于为什么堆栈不共享，那是因为执行线程必须有自己的堆栈才能管理其调用树（例如，它包含有关离开函数时要执行的操作的信息！）。

现在，您当然可以编写一个内存管理器，根据调用线程从地址空间中的不同区域分配数据，但其他线程仍然能够看到该数据（就像您以某种方式泄漏了指向线程上某些内容的指针一样）堆栈到另一个线程，其他线程可以读取它，尽管这是一个可怕的想法）

Answer 6

问题在于，拥有本地堆会显着增加复杂性，但价值却很小。

有一个小的性能优势，TLAB（线程本地分配缓冲区）可以很好地处理这一点，它可以透明地为您提供大部分优势。

Answer 7

在多线程应用程序中，每个线程都有自己的堆栈，但共享相同的堆。这就是为什么在代码中应注意避免堆空间中出现任何并发访问问题。堆栈是线程安全的（每个线程都有自己的堆栈），但堆不是线程安全的，除非通过代码进行同步保护。

Answer 8

那是因为线程的思想是“共享一切”。当然，有些东西你不能共享，比如处理器上下文和堆栈，但其他一切都是共享的。