Linux多線程編程快速入門

2024-09-05 23:04:33

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供稿：網友

本文主要對Linux下的多線程進行一個入門的介紹，雖然是入門，但是十分詳細，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

進程是資源管理的基本單元，而線程是系統調度的基本單元，線程是操作系統能夠進行調度運算的最小單位，它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發多個線程，每條線程并行執行不同的任務。

一個進程在某一個時刻只能做一件事情，有了多個控制線程以后，在程序的設計成在某一個時刻能夠做不止一件事，每個線程處理獨自的任務。

需要注意的是：即使程序運行在單核處理器上，也能夠得到多線程編程模型的好處。處理器的數量并不影響程序結構，所以不管處理器個數多少，程序都可以通過線程得以簡化。

linux操作系統使用符合POSIX線程作為系統標準線程，該POSIX線程標準定義了一整套操作線程的API。

2. 線程標識

與進程有一個ID一樣，每個線程有一個線程ID，所不同的是，進程ID在整個系統中是唯一的，而線程是依附于進程的，其線程ID只有在所屬的進程中才有意義。線程ID用pthread_t表示。

//pthread_self直接返回調用線程的IDinclude <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. 線程創建

一個線程的生命周期起始于它被創建的那一刻，創建線程的接口：

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

函數參數：

thread(輸出參數)，由pthread_create在線程創建成功后返回的線程句柄，該句柄在后續操作線程的API中用于標志該新建的線程； start_routine(輸入參數)，新建線程的入口函數； arg(輸入參數)，傳遞給新線程入口函數的參數； attr(輸入參數)，指定新建線程的屬性，如線程棧大小等；如果值為NULL，表示使用系統默認屬性。

函數返回值：

成功，返回0； 失敗，返回相關錯誤碼。

需要注意：

1.主線程，這是一個進程的初始線程，其入口函數為main函數。
2.新線程的運行時機，一個線程被創建之后有可能不會被馬上執行，甚至，在創建它的線程結束后還沒被執行；也有可能新線程在當前線程從pthread_create前就已經在運行，甚至，在pthread_create前從當前線程返回前新線程就已經執行完畢。

程序實例：

#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行，我自己注釋掉sleep函數，發現好多次才能讓新線程輸出。

編譯命令：

gcc -o thread thread.c -lpthread

運行結果如下：

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

可以看到兩個線程的進程ID是相同的。其共享進程中的資源。

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.線程所在進程終止，任意線程執行exit、_Exit或者_exit函數，都會導致進程終止，從而導致依附于該進程的所有線程終止。
2.其他線程調用pthread_cancel請求取消該線程。

主動終止也有兩種方式：

1.在線程的入口函數中執行return語句，main函數(主線程入口函數)執行return語句會導致進程終止，從而導致依附于該進程的所有線程終止。
2.線程調用pthread_exit函數，main函數(主線程入口函數)調用pthread_exit函數，主線程終止，但如果該進程內還有其他線程存在，進程會繼續存在，進程內其他線程繼續運行。

線程終止函數：

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

線程調用pthread_exit函數會導致該調用線程終止，并且返回由retval指定的內容。
注意:retval不能指向該線程的棧空間，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行某些操作，pthread_join函數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);

參數說明：

thread(輸入參數)，指定我們希望等待的線程 retval(輸出參數)，我們等待的線程終止時的返回值，就是在線程入口函數中return的值或者調用pthread_exit函數的參數

返回值：

成功時，返回0 錯誤時，返回正數錯誤碼

當線程X連接線程Y時，如果線程Y仍在運行，則線程X會阻塞直到線程Y終止；如果線程Y在被連接之前已經終止了，那么線程X的連接調用會立即返回。

連接線程其實還有另外一層意義，一個線程終止后，如果沒有人對它進行連接，那么該終止線程占用的資源，系統將無法回收，而該終止線程也會成為僵尸線程。因此，當我們去連接某個線程時，其實也是在告訴系統該終止線程的資源可以回收了。

注意:對于一個已經被連接過的線程再次執行連接操作，將會導致無法預知的行為！

5.2 線程的分離

有時我們并不在乎某個線程是不是已經終止了，我們只是希望如果某個線程終止了，系統能自動回收掉該終止線程所占用的資源。pthread_detach函數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);

默認情況下，一個線程終止了，是需要在被連接后系統才能回收其占有的資源的。如果我們調用pthread_detach函數去分離某個線程，那么該線程終止后系統將自動回收其資源。

/** 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*/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*/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，進程退出*/ pthread_exit(NULL);}int main(int argc, char *argv[]){ /*創建子線程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函數終止，進程繼續存在*/ fprintf(stdout, "main thread: exit!/n"); pthread_exit(NULL);  fprintf(stdout, "main thread: never reach here!/n"); return 0;}

最終的執行結果如下：

thread1: hello world!main thread: thread1 terminated!main thread: sleeping...thread2: I'm running...thread2: main thread id is not equal thread2main thread: exit!thread2: main thread exit!thread2: exit!thread2: process exit!