Linux多线程编程快速入门

吾爱主题阅读：182 2024-04-05 13:52:47 评论：0

1 线程基本知识

进程是资源管理的基本单元，而线程是系统调度的基本单元，线程是操作系统能够进行调度运算的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

一个进程在某一个时刻只能做一件事情，有了多个控制线程以后，在程序的设计成在某一个时刻能够做不止一件事，每个线程处理独自的任务。

需要注意的是：即使程序运行在单核处理器上，也能够得到多线程编程模型的好处。处理器的数量并不影响程序结构，所以不管处理器个数多少，程序都可以通过线程得以简化。

linux操作系统使用符合POSIX线程作为系统标准线程，该POSIX线程标准定义了一整套操作线程的API。

2. 线程标识

与进程有一个ID一样，每个线程有一个线程ID，所不同的是，进程ID在整个系统中是唯一的，而线程是依附于进程的，其线程ID只有在所属的进程中才有意义。线程ID用pthread_t表示。

1 2 3 //pthread_self直接返回调用线程的ID include <pthread.h> pthread_t pthread_self( void );

判断两个线程ID的大小是没有任何意义的，但有时可能需要判断两个给定的线程ID是否相等，使用以下接口：

1 2 3 //pthread_equal如果t1和t2所指定的线程ID相同，返回0；否则返回非0值。 include <pthread.h> int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

3. 线程创建

一个线程的生命周期起始于它被创建的那一刻，创建线程的接口：

1 2 3 #include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t * thread , const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) ( void *), void *arg);

函数参数：

1 2 3 4 thread(输出参数)，由pthread_create在线程创建成功后返回的线程句柄，该句柄在后续操作线程的API中用于标志该新建的线程； start_routine(输入参数)，新建线程的入口函数； arg(输入参数)，传递给新线程入口函数的参数； attr(输入参数)，指定新建线程的属性，如线程栈大小等；如果值为NULL，表示使用系统默认属性。

函数返回值：

1 2	`成功，返回0；` `失败，返回相关错误码。`

需要注意：

1.主线程，这是一个进程的初始线程，其入口函数为main函数。
2.新线程的运行时机，一个线程被创建之后有可能不会被马上执行，甚至，在创建它的线程结束后还没被执行；也有可能新线程在当前线程从pthread_create前就已经在运行，甚至，在pthread_create前从当前线程返回前新线程就已经执行完毕。

程序实例：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void printids( const char *s){ pid_t pid; pthread_t tid; pid = getpid(); tid = pthread_self(); printf ( "%s, pid %lu tid %lu (0x%lx)\n" ,s,(unsigned long )pid,(unsigned long )tid, (unsigned long )tid); } void *thread_func( void *arg){ printids( "new thread: " ); return (( void *)0); } int main() { int err; pthread_t tid; err = pthread_create(&tid,NULL,thread_func,NULL); if (err != 0) { fprintf (stderr, "create thread fail.\n" ); exit (-1); } printids( "main thread:" ); sleep(1); return 0; }

注意上述的程序中，主线程休眠一秒，如果不休眠，则主线程不休眠，则其可能会退出，这样新线程可能不会被运行，我自己注释掉sleep函数，发现好多次才能让新线程输出。

编译命令：

1	`gcc -o` `thread` `thread` `.c -lpthread`

运行结果如下：

1 2	`main` `thread` `:, pid 889 tid 139846854309696 (0x7f30a212f740)` `new` `thread` `: , pid 889 tid 139846845961984 (0x7f30a1939700)`

可以看到两个线程的进程ID是相同的。其共享进程中的资源。

4. 线程终止

线程的终止分两种形式：被动终止和主动终止

被动终止有两种方式：

1.线程所在进程终止，任意线程执行exit、_Exit或者_exit函数，都会导致进程终止，从而导致依附于该进程的所有线程终止。
2.其他线程调用pthread_cancel请求取消该线程。

主动终止也有两种方式：

1.在线程的入口函数中执行return语句，main函数(主线程入口函数)执行return语句会导致进程终止，从而导致依附于该进程的所有线程终止。
2.线程调用pthread_exit函数，main函数(主线程入口函数)调用pthread_exit函数，主线程终止，但如果该进程内还有其他线程存在，进程会继续存在，进程内其他线程继续运行。

线程终止函数：

1 2	`include <pthread.h>` `void` `pthread_exit(` `void` `*retval);`

线程调用pthread_exit函数会导致该调用线程终止，并且返回由retval指定的内容。
注意:retval不能指向该线程的栈空间，否则可能成为野指针！

5. 管理线程的终止

5.1 线程的连接

一个线程的终止对于另外一个线程而言是一种异步的事件，有时我们想等待某个ID的线程终止了再去执行某些操作，pthread_join函数为我们提供了这种功能，该功能称为线程的连接：

1 2	`include <pthread.h>` `int` `pthread_join(pthread_t` `thread` `,` `void` `**retval);`

参数说明：

1 2	`thread(输入参数)，指定我们希望等待的线程` `retval(输出参数)，我们等待的线程终止时的返回值，就是在线程入口函数中return的值或者调用pthread_exit函数的参数`

返回值：

1 2	`成功时，返回0` `错误时，返回正数错误码`

当线程X连接线程Y时，如果线程Y仍在运行，则线程X会阻塞直到线程Y终止；如果线程Y在被连接之前已经终止了，那么线程X的连接调用会立即返回。

连接线程其实还有另外一层意义，一个线程终止后，如果没有人对它进行连接，那么该终止线程占用的资源，系统将无法回收，而该终止线程也会成为僵尸线程。因此，当我们去连接某个线程时，其实也是在告诉系统该终止线程的资源可以回收了。

注意:对于一个已经被连接过的线程再次执行连接操作，将会导致无法预知的行为！

5.2 线程的分离

有时我们并不在乎某个线程是不是已经终止了，我们只是希望如果某个线程终止了，系统能自动回收掉该终止线程所占用的资源。pthread_detach函数为我们提供了这个功能，该功能称为线程的分离：

1 2	`#include <pthread.h>` `int` `pthread_detach(pthread_t` `thread` `);`

默认情况下，一个线程终止了，是需要在被连接后系统才能回收其占有的资源的。如果我们调用pthread_detach函数去分离某个线程，那么该线程终止后系统将自动回收其资源。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 /* * 文件名： thread_sample1.c * 描述：演示线程基本操作 */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> /*子线程1入口函数*/ void *thread_routine1( void *arg) { fprintf (stdout, "thread1: hello world!\n" ); sleep(1); /*子线程1在此退出*/ return NULL; } /*子线程2入口函数*/ void *thread_routine2( void *arg) { fprintf (stdout, "thread2: I'm running...\n" ); pthread_t main_thread = (pthread_t)arg; /*分离自我，不能再被连接*/ pthread_detach(pthread_self()); /*判断主线程ID与子线程2ID是否相等*/ if (!pthread_equal(main_thread, pthread_self())) { fprintf (stdout, "thread2: main thread id is not equal thread2\n" ); } /*等待主线程终止*/ pthread_join(main_thread, NULL); fprintf (stdout, "thread2: main thread exit!\n" ); fprintf (stdout, "thread2: exit!\n" ); fprintf (stdout, "thread2: process exit!\n" ); /*子线程2在此终止，进程退出*/ pthread_exit(NULL); } int main( int argc, char *argv[]) { /*创建子线程1*/ pthread_t t1; if (pthread_create(&t1, NULL, thread_routine1, NULL)!=0) { fprintf (stderr, "create thread fail.\n" ); exit (-1); } /*等待子线程1终止*/ pthread_join(t1, NULL); fprintf (stdout, "main thread: thread1 terminated!\n\n" ); /*创建子线程2，并将主线程ID传递给子线程2*/ pthread_t t2; if (pthread_create(&t2, NULL, thread_routine2, ( void *)pthread_self())!=0) { fprintf (stderr, "create thread fail.\n" ); exit (-1); } fprintf (stdout, "main thread: sleeping...\n" ); sleep(3); /*主线程使用pthread_exit函数终止，进程继续存在*/ fprintf (stdout, "main thread: exit!\n" ); pthread_exit(NULL); fprintf (stdout, "main thread: never reach here!\n" ); return 0; }

最终的执行结果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 thread1: hello world! main thread : thread1 terminated! main thread : sleeping... thread2: I'm running... thread2: main thread id is not equal thread2 main thread : exit ! thread2: main thread exit ! thread2: exit ! thread2: process exit !