Linux多線程編程快速入門
本文主要對Linux下的多線程進(jìn)行一個入門的介紹，雖然是入門，但是十分詳細(xì)，希望大家通過本文所述，對Linux多線程編程的概念有一定的了解。具體如下。
1 線程基本知識
進(jìn)程是資源管理的基本單元，而線程是系統(tǒng)調(diào)度的基本單元，線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行調(diào)度運(yùn)算的最小單位，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。一條線程指的是進(jìn)程中一個單一順序的控制流，一個進(jìn)程中可以并發(fā)多個線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。
一個進(jìn)程在某一個時刻只能做一件事情，有了多個控制線程以后，在程序的設(shè)計成在某一個時刻能夠做不止一件事，每個線程處理獨(dú)自的任務(wù)。
需要注意的是：即使程序運(yùn)行在單核處理器上，也能夠得到多線程編程模型的好處。處理器的數(shù)量并不影響程序結(jié)構(gòu)，所以不管處理器個數(shù)多少，程序都可以通過線程得以簡化。
linux操作系統(tǒng)使用符合POSIX線程作為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)線程，該P(yáng)OSIX線程標(biāo)準(zhǔn)定義了一整套操作線程的API。
2. 線程標(biāo)識
與進(jìn)程有一個ID一樣，每個線程有一個線程ID，所不同的是，進(jìn)程ID在整個系統(tǒng)中是唯一的，而線程是依附于進(jìn)程的，其線程ID只有在所屬的進(jìn)程中才有意義。線程ID用pthread_t表示。
//pthread_self直接返回調(diào)用線程的ID include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void);
判斷兩個線程ID的大小是沒有任何意義的，但有時可能需要判斷兩個給定的線程ID是否相等，使用以下接口：
//pthread_equal如果t1和t2所指定的線程ID相同，返回0；否則返回非0值。 include <pthread.h> int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
3. 線程創(chuàng)建
一個線程的生命周期起始于它被創(chuàng)建的那一刻，創(chuàng)建線程的接口：
#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
函數(shù)參數(shù)：
thread(輸出參數(shù))，由pthread_create在線程創(chuàng)建成功后返回的線程句柄，該句柄在后續(xù)操作線程的API中用于標(biāo)志該新建的線程； start_routine(輸入?yún)?shù))，新建線程的入口函數(shù)； arg(輸入?yún)?shù))，傳遞給新線程入口函數(shù)的參數(shù)； attr(輸入?yún)?shù))，指定新建線程的屬性，如線程棧大小等；如果值為NULL，表示使用系統(tǒng)默認(rèn)屬性。
函數(shù)返回值：
成功，返回0； 失敗，返回相關(guān)錯誤碼。
需要注意：
1.主線程，這是一個進(jìn)程的初始線程，其入口函數(shù)為main函數(shù)。
2.新線程的運(yùn)行時機(jī)，一個線程被創(chuàng)建之后有可能不會被馬上執(zhí)行，甚至，在創(chuàng)建它的線程結(jié)束后還沒被執(zhí)行；也有可能新線程在當(dāng)前線程從pthread_create前就已經(jīng)在運(yùn)行，甚至，在pthread_create前從當(dāng)前線程返回前新線程就已經(jīng)執(zhí)行完畢。
程序?qū)嵗?/p>
#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，主線程休眠一秒，如果不休眠，則主線程不休眠，則其可能會退出，這樣新線程可能不會被運(yùn)行，我自己注釋掉sleep函數(shù)，發(fā)現(xiàn)好多次才能讓新線程輸出。
編譯命令：
gcc -o thread thread.c -lpthread
運(yùn)行結(jié)果如下：
main thread:, pid 889 tid 139846854309696 (0x7f30a212f740) new thread: , pid 889 tid 139846845961984 (0x7f30a1939700)
可以看到兩個線程的進(jìn)程ID是相同的。其共享進(jìn)程中的資源。
4. 線程終止
線程的終止分兩種形式：被動終止和主動終止
被動終止有兩種方式：
1.線程所在進(jìn)程終止，任意線程執(zhí)行exit、_Exit或者_(dá)exit函數(shù)，都會導(dǎo)致進(jìn)程終止，從而導(dǎo)致依附于該進(jìn)程的所有線程終止。
2.其他線程調(diào)用pthread_cancel請求取消該線程。
主動終止也有兩種方式：
1.在線程的入口函數(shù)中執(zhí)行return語句，main函數(shù)(主線程入口函數(shù))執(zhí)行return語句會導(dǎo)致進(jìn)程終止，從而導(dǎo)致依附于該進(jìn)程的所有線程終止。
2.線程調(diào)用pthread_exit函數(shù)，main函數(shù)(主線程入口函數(shù))調(diào)用pthread_exit函數(shù)， 主線程終止，但如果該進(jìn)程內(nèi)還有其他線程存在，進(jìn)程會繼續(xù)存在，進(jìn)程內(nèi)其他線程繼續(xù)運(yùn)行。
線程終止函數(shù)：
include <pthread.h> void pthread_exit(void *retval);
線程調(diào)用pthread_exit函數(shù)會導(dǎo)致該調(diào)用線程終止，并且返回由retval指定的內(nèi)容。
注意:retval不能指向該線程的?？臻g，否則可能成為野指針！
5. 管理線程的終止
5.1 線程的連接
一個線程的終止對于另外一個線程而言是一種異步的事件，有時我們想等待某個ID的線程終止了再去執(zhí)行某些操作，pthread_join函數(shù)為我們提供了這種功能，該功能稱為線程的連接：
include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
參數(shù)說明：
thread(輸入?yún)?shù))，指定我們希望等待的線程 retval(輸出參數(shù))，我們等待的線程終止時的返回值，就是在線程入口函數(shù)中return的值或者調(diào)用pthread_exit函數(shù)的參數(shù)
返回值：
成功時，返回0 錯誤時，返回正數(shù)錯誤碼
當(dāng)線程X連接線程Y時，如果線程Y仍在運(yùn)行，則線程X會阻塞直到線程Y終止；如果線程Y在被連接之前已經(jīng)終止了，那么線程X的連接調(diào)用會立即返回。
連接線程其實(shí)還有另外一層意義，一個線程終止后，如果沒有人對它進(jìn)行連接，那么該終止線程占用的資源，系統(tǒng)將無法回收，而該終止線程也會成為僵尸線程。因此，當(dāng)我們?nèi)ミB接某個線程時，其實(shí)也是在告訴系統(tǒng)該終止線程的資源可以回收了。
注意:對于一個已經(jīng)被連接過的線程再次執(zhí)行連接操作， 將會導(dǎo)致無法預(yù)知的行為！
5.2 線程的分離
有時我們并不在乎某個線程是不是已經(jīng)終止了，我們只是希望如果某個線程終止了，系統(tǒng)能自動回收掉該終止線程所占用的資源。pthread_detach函數(shù)為我們提供了這個功能，該功能稱為線程的分離：
#include <pthread.h> int pthread_detach(pthread_t thread);
默認(rèn)情況下，一個線程終止了，是需要在被連接后系統(tǒng)才能回收其占有的資源的。如果我們調(diào)用pthread_detach函數(shù)去分離某個線程，那么該線程終止后系統(tǒng)將自動回收其資源。
/*
* 文件名： thread_sample1.c
* 描述：演示線程基本操作
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
/*子線程1入口函數(shù)*/
void *thread_routine1(void *arg)
{
fprintf(stdout, "thread1: hello world!\n");
sleep(1);
/*子線程1在此退出*/
return NULL;
}
/*子線程2入口函數(shù)*/
void *thread_routine2(void *arg)
{
fprintf(stdout, "thread2: I'm running...\n");
pthread_t main_thread = (pthread_t)arg;
/*分離自我，不能再被連接*/
pthread_detach(pthread_self());
/*判斷主線程ID與子線程2ID是否相等*/
if (!pthread_equal(main_thread, pthread_self())) {
fprintf(stdout, "thread2: main thread id is not equal thread2\n");
}
/*等待主線程終止*/
pthread_join(main_thread, NULL);
fprintf(stdout, "thread2: main thread exit!\n");
fprintf(stdout, "thread2: exit!\n");
fprintf(stdout, "thread2: process exit!\n");
/*子線程2在此終止，進(jìn)程退出*/
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
/*創(chuàng)建子線程1*/
pthread_t t1;
if (pthread_create(&t1, NULL, thread_routine1, NULL)!=0) {
fprintf(stderr, "create thread fail.\n");
exit(-1);
}
/*等待子線程1終止*/
pthread_join(t1, NULL);
fprintf(stdout, "main thread: thread1 terminated!\n\n");
/*創(chuàng)建子線程2，并將主線程ID傳遞給子線程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);
/*主線程使用pthread_exit函數(shù)終止，進(jìn)程繼續(xù)存在*/
fprintf(stdout, "main thread: exit!\n");
pthread_exit(NULL);
fprintf(stdout, "main thread: never reach here!\n");
return 0;
}
最終的執(zhí)行結(jié)果如下：
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!
總結(jié)
以上就是本文關(guān)于Linux多線程編程快速入門的全部內(nèi)容，希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站其他相關(guān)專題，如有不足之處，歡迎留言指出。感謝朋友們對本站的支持！
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