什么是多線程編程？Linux下的多線程編程
什么是多線程編程？
1、線程和進(jìn)程的區(qū)別
進(jìn)程是指正在運(yùn)行的程序，它擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)不共享。
線程是進(jìn)程內(nèi)的執(zhí)行單元，它與同一進(jìn)程內(nèi)的其他線程共享進(jìn)程的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。
2、多線程的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景
多線程是一種并發(fā)編程方式，它的優(yōu)勢(shì)包括：
提高程序的響應(yīng)速度和運(yùn)行效率（多核CPU下的多線程）
充分利用CPU資源，提高系統(tǒng)的利用率
支持多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行，提高程序的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性
Linux下的多線程編程
Linux下C語(yǔ)言多線程編程依賴于pthread多線程庫(kù)。pthread庫(kù)是Linux的多線程庫(kù)，是POSIX標(biāo)準(zhǔn)線程API的實(shí)現(xiàn)，它提供了一種創(chuàng)建和操縱線程的方法，以及一些同步機(jī)制，如互斥鎖、條件變量等。
頭文件：
#include
編譯鏈接需要鏈接鏈接庫(kù) pthread。
一、線程的基本操作
1、pthread_create
/** *@brief創(chuàng)建一個(gè)線程 * *Detailedfunctiondescription * *@param[in] thread:一個(gè)指向線程標(biāo)識(shí)符的指針，線程調(diào)用后，該值被設(shè)置為線程ID；pthread_t為unsigned long int *@param[in]attr:用來(lái)設(shè)置線程屬性 *@param[in]start_routine:線程函數(shù)體，線程創(chuàng)建成功后，thread指向的內(nèi)存單元從該地址開(kāi)始運(yùn)行 *@param[in]arg:傳遞給線程函數(shù)體的參數(shù) * *@return線程創(chuàng)建成功，則返回0，失敗則返回錯(cuò)誤碼，并且thread內(nèi)容是未定義的 */ intpthread_create(pthread_t*thread,constpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);
例子test.c：創(chuàng)建一個(gè)線程，每1s打印一次。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; void*thread_fun(void*arg) { s_thread_running=1; while(s_thread_running) { printf("threadrun... "); sleep(1); } pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } ret=pthread_join(s_thread_id,NULL);///
編譯、運(yùn)行：
gcctest.c-otest-lpthread
2、pthread_join
/** *@brief等待某個(gè)線程結(jié)束 * *Detailedfunctiondescription:這是一個(gè)線程阻塞函數(shù)，調(diào)用該函數(shù)則等到線程結(jié)束才繼續(xù)運(yùn)行 * *@param[in]thread:某個(gè)線程的ID *@param[in]retval:用于獲取線程start_routine的返回值 * *@return線程創(chuàng)建成功，則返回0，失敗則返回錯(cuò)誤碼，并且thread內(nèi)容是未定義的 */ intpthread_join(pthread_tthread,void**retval);
例子test.c：創(chuàng)建一個(gè)線程，進(jìn)行一次加法運(yùn)算就返回。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; void*thread_fun(void*arg) { staticintres=0; inta=1,b=2; res=a+b; sleep(1); printf("threadrun,a+b=%d,addr=%p ",res,&res); pthread_exit(&res); } intmain(void) { intret=0; int*retval=NULL; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("pthread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&retval);///
編譯、運(yùn)行：
3、pthread_exit
/** *@brief退出線程 * *Detailedfunctiondescription * *@param[in]retval:它指向的數(shù)據(jù)將作為線程退出時(shí)的返回值 * *@returnvoid */ voidpthread_exit(void*retval);
線程將指定函數(shù)體中的代碼執(zhí)行完后自行結(jié)束；
線程執(zhí)行過(guò)程中，被同一進(jìn)程中的其它線程（包括主線程）強(qiáng)制終止；
線程執(zhí)行過(guò)程中，遇到 pthread_exit() 函數(shù)結(jié)束執(zhí)行。
例子test.c：創(chuàng)建一個(gè)線程，每個(gè)1s打印一次，打印超過(guò)5次時(shí)調(diào)用pthread_exit退出。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!"; void*thread_fun(void*arg) { staticintcnt=0; s_thread_running=1; while(s_thread_running) { cnt++; if(cnt>5) { pthread_exit((void*)thread_exit_str); } printf("threadrun... "); sleep(1); } pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; void*thread_res=NULL; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&thread_res); if(ret!=0) { printf("thread_joinerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } printf("AfterThread,thread_res=%s ",(char*)thread_res); exit(EXIT_SUCCESS); }
編譯、運(yùn)行：
使用return退出線程與使用pthread_exit退出線程的區(qū)別？
return為通用的函數(shù)退出操作，pthread_exit專(zhuān)用與線程，既然pthread庫(kù)有提供專(zhuān)門(mén)的函數(shù)，自然用pthread_exit會(huì)好些，雖然使用return也可以。
看看return退出線程與使用pthread_exit退出線程的具體區(qū)別：退出主線程。使用pthread_exit退出主線程只會(huì)終止當(dāng)前線程，不會(huì)影響進(jìn)程中其它線程的執(zhí)行；使用return退出主線程，主線程退出執(zhí)行很快，所有線程都會(huì)退出。
例子：使用pthread_exit退出主線程
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!"; void*thread_fun(void*arg) { sleep(1); printf("thread_funrun... "); pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; void*thread_res=NULL; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } printf("mainthreadexit "); pthread_exit(NULL); }
編譯、運(yùn)行：
例子：使用return退出主線程
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!"; void*thread_fun(void*arg) { sleep(1); printf("thread_funrun... "); pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; void*thread_res=NULL; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } printf("mainthreadexit "); return0; }
編譯、運(yùn)行：
4、pthread_self
/** *@brief用來(lái)獲取當(dāng)前線程ID * *Detailedfunctiondescription * *@param[in]void * *@return返回線程id */ pthread_tpthread_self(void);
例子：
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!"; void*thread_fun(void*arg) { staticintcnt=0; s_thread_running=1; while(s_thread_running) { cnt++; if(cnt>5) { pthread_exit((void*)thread_exit_str); } printf("threadrun(tid=%ld)... ",pthread_self()); sleep(1); } pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; void*thread_res=NULL; pid_tpid=getpid(); printf("pid=%d ",pid); printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&thread_res); if(ret!=0) { printf("thread_joinerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } printf("AfterThread,thread_res=%s ",(char*)thread_res); exit(EXIT_SUCCESS); }
編譯、運(yùn)行：
5、pthraad_detach
/** *@brief分離線程 * *Detailedfunctiondescription:分離線程，線程結(jié)束是系統(tǒng)自動(dòng)回收線程的資源 * *@param[in]thread:某個(gè)線程的ID * *@return成功時(shí)返回0，失敗返回其他值 */ intpthread_detach(pthread_tthread);
pthread_create創(chuàng)建的線程有兩種狀態(tài)：joinable（可結(jié)合的）和unjoinable（不可結(jié)合的/分離的）。默認(rèn)是joinable 狀態(tài)。
一個(gè)可結(jié)合的線程能夠被其他線程收回其資源和殺死；在被其他線程回收之前，它的存儲(chǔ)器資源（如棧）是不釋放的，所以以默認(rèn)的屬性創(chuàng)建線程時(shí)，創(chuàng)建的線程時(shí)可結(jié)合的，我們需要對(duì)線程退出時(shí)調(diào)用pthread_join對(duì)線程資源進(jìn)行回收。只有當(dāng)pthread_join函數(shù)返回時(shí)，創(chuàng)建的線程才算終止，才能釋放自己占用的系統(tǒng)資源。
一個(gè)不可結(jié)合的線程，線程結(jié)束后會(huì)自動(dòng)釋放占用資源。
因?yàn)閜thread_join是一個(gè)阻塞的操作，而大多數(shù)時(shí)候主線程并不希望因?yàn)檎{(diào)用pthread_join而阻塞，并且大多數(shù)情況下不會(huì)使用線程函數(shù)體的返回值，所以這時(shí)候可以把線程創(chuàng)建為不可結(jié)合的/分離的。
把線程創(chuàng)建為不可結(jié)合的/分離的有兩種方式：
在創(chuàng)建線程之后，使用pthraad_detach分離線程。
在創(chuàng)建線程之前，使用pthread_attr_setdetachstate設(shè)置線程以不可結(jié)合的/分離的狀態(tài)創(chuàng)建。
例子：在創(chuàng)建線程之后，使用pthraad_detach分離線程。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; void*thread_fun(void*arg) { s_thread_running=1; while(s_thread_running) { printf("childthreadrun... "); sleep(1); } pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; printf("BeforeThread "); ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL); if(ret!=0) { printf("thread_createerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } ret=pthread_detach(s_thread_id); if(ret!=0) { printf("pthread_detacherror! "); exit(EXIT_FAILURE); } printf("AfterThread "); while(1) { printf("mainthreadrun... "); sleep(1); } exit(EXIT_SUCCESS); }
編譯、運(yùn)行：
pthread_join與pthraad_detach的區(qū)別：
pthread_detach()即主線程與子線程分離，兩者相互不干涉，子線程結(jié)束同時(shí)子線程的資源自動(dòng)回收。
pthread_join()即是子線程合入主線程，主線程會(huì)一直阻塞，直到子線程執(zhí)行結(jié)束，然后回收子線程資源，并繼續(xù)執(zhí)行。
6、pthread_attr_init
/** *@brief初始化一個(gè)線程對(duì)象的屬性 * *Detailedfunctiondescription * *@param[in]attr:指向一個(gè)線程屬性的指針 * *@return成功時(shí)返回0，失敗返回其他值 */ intpthread_attr_init(pthread_attr_t*attr);
如果不設(shè)置線程屬性，線程則以默認(rèn)屬性進(jìn)行創(chuàng)建，默認(rèn)的屬性值如：
例子：在創(chuàng)建線程之前，使用pthread_attr_setdetachstate設(shè)置線程以不可結(jié)合的/分離的狀態(tài)創(chuàng)建。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread_id; staticunsignedchars_thread_running=0; void*thread_fun(void*arg) { s_thread_running=1; while(s_thread_running) { printf("threadrun... "); sleep(1); } pthread_exit(NULL); } intmain(void) { intret=0; printf("BeforeThread "); pthread_attr_tattr; ret=pthread_attr_init(&attr); if(ret!=0) { printf("pthread_attr_initerror! "); exit(EXIT_FAILURE); } pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);///
二、互斥鎖（mutex）的使用
互斥鎖用于保護(hù)一些公共資源。一些公共資源有可能會(huì)被多個(gè)線程共同使用，如果不做資源保護(hù)，可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的bug。
一個(gè)線程，如果需要訪問(wèn)公共資源，需要獲得互斥鎖并對(duì)其加鎖，資源在在鎖定過(guò)程中，如果其它線程對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)，也需要獲得互斥鎖，如果獲取不到，線程只能進(jìn)行阻塞，直到獲得該鎖的線程解鎖。
互斥鎖API：
#include ///
互斥鎖有兩種創(chuàng)建方式：
靜態(tài)創(chuàng)建：
pthread_mutex_tmutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
動(dòng)態(tài)創(chuàng)建：
pthread_mutex_tmutex; pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread互斥鎖屬性包括：
PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP：這是缺省值，也就是普通鎖。當(dāng)一個(gè)線程加鎖以后，其余請(qǐng)求鎖的線程將會(huì)形成一個(gè)等待隊(duì)列，并在解鎖后按優(yōu)先級(jí)獲得鎖。這種策略可以確保資源分配的公平性。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP：嵌套鎖。允許同一個(gè)線程對(duì)同一個(gè)鎖成功獲得多次，并通過(guò)unlock解鎖。如果是不同線程請(qǐng)求，則在加鎖線程解鎖時(shí)重新競(jìng)爭(zhēng)。
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP：檢錯(cuò)鎖。如果同一個(gè)線程請(qǐng)求同一個(gè)鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類(lèi)型動(dòng)作相同，這樣就保證了當(dāng)不允許多次加鎖時(shí)不會(huì)出現(xiàn)最簡(jiǎn)單情況下的死鎖。
PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP：適應(yīng)鎖，動(dòng)作最簡(jiǎn)單的鎖類(lèi)型，僅等待一小段時(shí)間，如果不能獲得鎖就放棄等待
互斥鎖使用形式：
pthread_mutex_tmutex; pthread_mutex_init(&mutex,NULL);///
例子：
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread1_id; staticpthread_ts_thread2_id; staticunsignedchars_thread1_running=0; staticunsignedchars_thread2_running=0; staticpthread_mutex_ts_mutex; staticints_cnt=0; void*thread1_fun(void*arg) { printf("[%s]pthread_mutex_lock------s_cnt=%d ",__FUNCTION__,s_cnt); pthread_mutex_lock(&s_mutex);///
編譯、運(yùn)行：
三、條件變量的使用
條件變量是在線程中以睡眠的方式等待某一條件的發(fā)生，是利用線程間共享的全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制。
條件變量是線程可用的一種同步機(jī)制，條件變量給多個(gè)線程提供了一個(gè)會(huì)合的場(chǎng)所，條件變量與互斥量一起使用時(shí)，允許線程以無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的方式等待特定的條件發(fā)生。
條件變量API：
#include ///
假如有兩個(gè)線程，線程1依賴于某個(gè)變量才能執(zhí)行相應(yīng)的操作，而這個(gè)變量正好是由線程2來(lái)改變的。這種情況下有兩種方案編寫(xiě)程序：
方案一：線程1輪詢的方式檢測(cè)這個(gè)變量是否變化，變化則執(zhí)行相應(yīng)的操作。
方案二：使用條件變量的方式。線程1等待線程2滿足條件時(shí)進(jìn)行喚醒。
其中，方案一比較浪費(fèi)CPU資源。
條件變量的例子：創(chuàng)建兩個(gè)線程，線程1對(duì)全局計(jì)數(shù)變量cnt從0開(kāi)始進(jìn)行自增操作。線程2打印5的倍數(shù)，線程1打印其它數(shù)。
#include #include #include #include staticpthread_ts_thread1_id; staticpthread_ts_thread2_id; staticunsignedchars_thread1_running=0; staticunsignedchars_thread2_running=0; staticpthread_mutex_ts_mutex; staticpthread_cond_ts_cond; staticints_cnt=0; void*thread1_fun(void*arg) { s_thread1_running=1; while(s_thread1_running) { pthread_mutex_lock(&s_mutex);///
編譯、運(yùn)行：
審核編輯：劉清
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