為什麼在同一進程中創建不同線程，但線程各自的變數無法在線程間互相訪問？

01-13

初學操作系統，看到課本里說：同一進程內的多個線程都是共享該進程的內存的，有以下的疑問：

在實際的多線程編程中，在一個進程內創建多個線程，為什麼各個線程各自的變數又不能相互訪問，需要通過共享隊列這樣的結構才能通信呢？

如果是多線程編程中每個線程都有各自獨立的工作內存，那這樣效果不就幾乎和多進程是一樣的了嗎（指無法共享內存）？

望解答。

在回答之前，先討論你拋出的問題1「在實際的多線程編程中，在一個進程內創建多個線程，為什麼各個線程各自的變數又不能相互訪問，需要通過共享隊列這樣的結構才能通信呢？」

各線程各自的變數又不能相互訪問，你這裡說的變數具體是什麼變數？如果是全局變數，所有線程都是可以訪問的；如果是棧變數，那無論哪個線程只要執行該函數，它就可以訪問它的棧變數；如果是線程變數（linux下gcc使用__thread標識符創建的變數）的確是每線程一份的，如果不採用特殊技巧，每個線程只能訪問自己的那份。 所以，不清楚你這裡說的變數是指什麼變數。

好了，現在可以回答你的問題了。

世間萬物，相生相剋，實際上他們都有自己的語義空間，當你把它換到另一個語義空間去討論時，你會發現原來的概念不對了。是的，軟體上的每層都有自己的抽象和邏輯，如何你將多軟體上不同層次的抽象或者邏輯拉到一起討論，但又無法分辨他們的原本應該有語義時，那就把人都搞糊塗了。

先說操作系統次層的語義或邏輯：

進程與線程是操作系統的概念，進程間的內存空間是隔離，是相互看不見，摸不著，訪問不了的。而一個進程內的多個線程，共用同一個地址空間，也即多線程之間內存是完全共享的。注意，在操作系統層面上，只有內存空間的隔離與共享，沒有變數這個概念。

如果把線程作為一個執行體，而沒有多線程場景下的進程也是一個執行體，那麼多線程下的執行體間的內存是共享的。而多進程執行體之間的內存是不共享的，但有時候多個進程之間需要通過大家可以訪問的內存來傳遞信息，OS就劃一塊物理內存出來，讓兩個進程將物理內存映射到兩個進程各自的虛擬內容內，這種方案稱為共享內存。實際進程內的多個線程間所有內存空間都是共享的，但由於這個天生的，所以我們一般不將之稱為「共享內存」。

再說編語言層次的語義或邏輯：

操作系統上每個進程的內存相當於一塊地，但這塊地如何管理，就需要編語言提供更高層次的抽象了。 C/C++語言開發出來的程序（和動態庫，Linux so/windows dll)都是運行在獨立的地址空間上的，如果兩個進程運行代碼相同，只是代碼完全相關，但運行空間是隔離的。所以從這個角度來說，C/C++是沒有多進程概念的。也許你會說，如果沒有進程概念，那為什麼C/C++可以訪問共享內存。那是因為你程序的邏輯裡面有多進程，所以才需要訪問共享內存。並且訪問共享內存介面是操作系作提供的，並不是C語言提供的。當調用操作系統的庫功能映射好共享內存之後，C語言還是當它是進程內的內存一樣使用，所以它是不感知多進程的。

那麼，在多線程裡面，所有線程都能看見整個進程的地址空間，是不是任何線程都可以訪問其它線程的任何空間？

答案是肯定的，線程可以訪問其它線程的任何空間，這個是操作系統給予它的權利。

那麼它是否可以訪問其它線程的棧變數和線程變數呢？答案也是肯定的，一定是可以，只要操作系統給予的權利，所有空間都能訪問，管它是棧空間，還是線程變數空間呢。前提是你要知道這些空間的地址，才能訪問。比如，我們要做壞事，比如殺張三，從可能性上來說，是可以的，只要你有工具，任何人都可以殺，如果殺張三，你得知道張三在哪裡。

在C語言層面上，任何訪問都是通過變數來實施的。而在C語言里，變數種類和可見範圍：

全局變數：任何線程都可以訪問
棧變數（局部變數）：任何線程執行訪函數均可訪問，函數外不可訪問
線程變數（gcc擴展使用__thread定義的變數）：每個線程只能訪問自己的那個拷貝，其它線程的拷貝不可見

為什麼C語言提供這麼多種類的變數，難度是吃飯了撐著沒有事幹嗎？當然不是，提供多種變數抽象，就是為了在不同場景使用不同的方式，如果還是用彙編的方式來理解內存，那不是要回到原始社區了么。

不管提供多好么好的抽象和「隔離」效果，只要C語言還有無所不能的指針，只要你不小心將某個線程原本不該訪問的地址保存下來，或者產生了一個野指針指向了某線程原本不該訪問的變數，C語言所有努力都會白費。

原到題主的問題：從OS角度，所有線程都有訪問進程的地址空間，從C語言角度，線程可以訪問全局變數，只能在進入函數時訪問全局變數，每個線程只能訪問自己的線程變數拷貝；但是，如果指針作惡，語言上的約束就失效了。

謝邀。變數的可訪問性其實與多線程沒有關係，只是取決於你是否把它定義成了局部變數。分配在棧上的局部變數肯定沒法共享；反之，全局變數或者堆上的變數，只要你把其引用或者指針帶進線程，總是可以多線程共享訪問。但這種用法一般需要考慮互斥加鎖。舉個簡單的栗子：

//... int global_var = 0;


void thread_func(void* param)

{

    //...

    lock();

    //可以改成對變數的任意讀寫操作

    display(global_var);

    global_var = (int) time(0);

    unlock();
    //...

}

//... int result = pthread_create( thread_id, NULL, (void*)thread_func, NULL);

我來搗個亂……

除了其他進程的東西，其他的都是可以直接訪問的……

棧上的局部變數？threadlocal？都可以的。說到底都在同一片虛擬內存里，扔個指針隨便怎麼訪問。

隨手寫段代碼（原諒這隨性的、目無章法的風格）：

std::atomic& ptr = nullptr; std::atomic& ptr2 = nullptr; auto GetThreadId() { return *(uint32_t*)std::this_thread::get_id(); } int main() { char x; thread_local int i; printf("main thread:%ld ", GetThreadId()); printf("input char and int:"); std::cin &>&> x &>&> i; ptr.store(x); ptr2.store(i); while (getchar()) { std::thread([] { printf("in thread %ld: ptr:%p val:%c ptr2:%p val:%d ", GetThreadId(), ptr.load(), *(ptr.load()), ptr2.load(), *(ptr2.load())); }).detach(); } }

真正讓人操心的是怎麼樣正確地訪問，畢竟棧上空間隨時可能沒掉，threadlocal設計就是為了每個線程獨享一份數據……

多線程下，一個線程的操作未必能馬上反映到另一個線程。隨意訪問很可能出現一次訪問到舊數據，另一次訪問到新數據的情況，這和你原有的程序邏輯很可能是相違背的……

原子變數只能保證少量內容的原子性，大的數據還是得靠加鎖和信號量……

於是就產生了線程直接數據互相訪問很麻煩的表象……

共享內存是IPC的一種，你非要用在線程間也沒人攔著你。多線程之間到底共享什麼，又獨享什麼，我覺得你應該系統的看一下資料，不是簡單的一句話就能概括的。比如堆上的各種數據是否共享，棧上的數據，還有很多系統資源（如打開的文件），等等。多線程編程最重要也是最難的就是共享數據的訪問，臨界區怎麼保護，怎麼同步互斥，這些都是多線程的基礎也是必須要掌握的。既然你想要使用多線程，就應該深究這些，並多多實踐。我不想在這裡給你籠統的總結，因為那會造成很多誤導，何況網上已經有很多總結性文章。我建議你看看權威的資料，並自己實踐一下。

確切來說沒有共享變數這個說法，只有共享內存。所謂共享變數應該指同一作用域。不同線程雖然有可能是同一個代碼段，但不會是同一作用域，所以不會「共享」。而共享內存，並沒有作用域之分，同一進程內，不管什麼線程都可以通過同一虛擬內存地址來訪問。不同進程也可以通過ipc等方式共享內存數據。

樓上大佬們說的很好了，我弱弱的補個圖

但是，在多線程的過程中，每個線程都是獨立運行的，當然可以調用各種常式來完成正在執行的任何工作。而不是地址空間中的單個堆棧，每個線程將有一個堆棧。假設我們有一個多線程的進程，它有兩個線程; 得到的地址空間看起來不同（圖26.1，右）。

在這個圖中，您可以看到兩個堆棧分布在整個進程的地址空間中。因此，我們放在堆棧上的任何堆棧分配的變數，參數，返回值和其他東西都將被放置在有時稱為線程本地存儲的地方，即相關線程的堆棧中。

——摘自《Operating System -- Three Easy Steps》

線程中的變數是在線程棧上開闢的（在C/C++中線程入口地址就是函數地址），其它線程肯定不能訪問，這些實際上是局部變數。但是共享隊列是在進程角度上看待的，一個進程中共享的某些內存單元就是在各個線程中分享的。就像在進程中動態開闢內存地址，你可以將這個地址傳遞到各個線程中一個意思。

謝邀，比較同意 @苳杋的答案，簡單直接。個人想法和他雷同，不再啰嗦。

1. 共享隊列的目的是為了解決線程之間的資源讀寫競爭衝突的

2. 確實類似，為了滿足不同層級下的相似需求

位於棧空間的局部變數不可以。。

因為棧是用來函數調用傳參和返回值的，線程就是一系列函數調用，棧空間不互相獨立，函數就調用全部亂套了。

堆空間不涉及函數傳參和返回值，自然在進程內是統一。

多線程是在共享內存的基礎上實現的並發，都共享內存了，同一地址空間，肯定是可以訪問的。只是訪問的方法有所不同而已。