多线程技术学习（基于Linux）
1.Linux多线程概念
（1）线程：指运行中的程序的调度单位。
（2）多线程的优点：
- 运行与一个线程中的多个线程，他们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，并且，线程见彼此切换所需要的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。
- 进程间方便的通信机制。对不同的进程来说，它们有独立的数据空间，要进行数据的传递智能通过通信的方式
- 应用程序响应速度提高
- 使多CPU系统更加高效
- 改善程序结构
（3）线程的生命周期
就绪->运行->阻塞->终止
2.linux线程实现
（1）线程创建
- 头文件包含
#include <pthread.h> - 定义函数：
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void),void *restrict arg)
- 函数说明：
tidp：线程id
attr：线程属性(通常为空)
start_rtn：线程要执行的函数
arg： start_rtn的参数
（2）线程退出
- 头文件包含：
#include <pthread.h> - 定义函数：
void pthread_exit(void * rval_ptr) - 功能：终止调用线程Rval_ptr:线程退出返回值的指针。
（3）线程等待
- 头文件包含：
#include <pthread.h> - 定义函数：
int pthread_join(pthread_t tid,void **rval_ptr)
- 功能：阻塞调用线程，直到指定的线程终止。
- 函数说明：
Tid :等待退出的线程id
Rval_ptr：线程退出的返回值的指针
（4）线程标识获取
- 头文件包含：
#include <pthread.h> - 定义函数：
pthread_t pthread_self(void) - 功能：获取调用线程的 thread identifier
（5）线程清除
- 头文件包含：
#include <pthread.h> - 定义函数：
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *),void *arg)
- 功能：将清除函数压入清除栈
- 函数说明：
Rtn:清除函数
Arg:清除函数的参数
3.线程同步的方法
进行多线程编程，因为无法知道哪个线程会在哪个时候对共享资源进行操作，因此让如何保护共享资源变得复杂，通过下面这些技术的使用，可以解决线程之间对资源的竞争：
互斥量（互斥锁）Mutex
信号灯（信号量）Semaphore
条件变量Conditions
4.线程的互斥
线程在取出头节点前必须要等待互斥量，如果此时有其他线程已经获得该互斥量，那么该线程将会阻塞在这里。只有等到其他线程释放掉该互斥量后，该线程才有可能得到该互斥量。互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。
（1）创建
在Linux中, 互斥量使用类型pthread_mutex_t表示。在使用前, 要对它进行初始化:
- 对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为默认属性的mutex对象PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
- 对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy。
函数使用：
头文件：
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr) int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
（2）加锁
对共享资源的访问, 要使用互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁。
函数使用：
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex) int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
注意：trylock是非阻塞调用模式, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将对互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享资源处于忙状态。
（3）解锁
在操作完成后，必须给互斥量解锁，也就是前面所说的释放。这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其他线程将会永远阻塞。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
5.互斥PK信号量
Mutex是一把钥匙，一个人拿了就可进入一个房间，出来的时候把钥匙交给队列的第一个。
Semaphore是一件可以容纳N人的房间，如果人不满就可以进去，如果人满了，就要等待有人出来。对于N=1的情况，称为binary semaphore。
Binary semaphore与Mutex的差异：
- mutex要由获得锁的线程来释放（谁获得，谁释放）。而semaphore可以由其它线程释放
- 初始状态可能不一样：mutex的初始值是1 ,而semaphore的初始值可能是0（或者为1）。
6.信号量操作（代码演示）
#include<stdio.h> #include<string.h> #include<pthread.h> #include<stdlib.h> #include<semaphore.h> //子线程处理 char buf[200]; sem_t sem; int flag; void *func(void *arg) { sem_wait(&sem); // 接收信号量 /* Sem_wait()递减(锁定)sem指向的信号量。如果信号量的值大于0，则继续递减，函数立即返回。 如果信号量当前的值为0，那么调用就会阻塞，直到信号量可以递减(即信号量的值高于0)，或者信号处理程序中断调用。 */ //while(strncmp(buf,"end",3) != 0) while(flag == 0) { printf("input %d char.\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); } pthread_exit(NULL); } int main(void) { int ret = -1; pthread_t th = -1; sem_init(&sem,0,0); // 在sem指向的地址处初始化未命名的信号量 ret = pthread_create(&th,NULL,func,NULL); //pthread_create()函数在调用进程中启动一个新线程,创建成功返回0 if(ret != 0) { printf("pthread_create error.\n"); return -1; } printf("please input string,end with Enter.\n"); while(scanf("%s",buf)) { if(!strncmp(buf,"end",3)) { printf("process end\n"); flag = 1; sem_post(&sem); //增加（解锁）sem指向的信号量 break; } printf("input %d char .\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); } printf("wait reclaim child thread.\n"); ret = pthread_join(th,NULL); if(ret != 0) { printf("pthread_join error.\n"); exit(-1); } printf("reclaim child thread successfully.\n"); return 0; }
7.互斥操作（函数演示）
#include<stdio.h> #include<string.h> #include<pthread.h> #include<stdlib.h> //子线程处理 char buf[200]; pthread_mutex_t mutex; int flag; void *func(void *arg) { sleep(1); while(flag == 0) { pthread_mutex_lock(&mutex);// 互斥加锁 printf("input %d char.\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 } pthread_exit(NULL); } int main(void) { int ret = -1; pthread_t th = -1; pthread_mutex_init(&mutex,NULL); ret = pthread_create(&th,NULL,func,NULL); //pthread_create()函数在调用进程中启动一个新线程,创建成功返回0 if(ret != 0) { printf("pthread_create error.\n"); return -1; } printf("please input string,end with Enter.\n"); while(1) { pthread_mutex_lock(&mutex);// 对互斥对象加锁锁定 scanf("%s",buf); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 输入后解锁 if(!strncmp(buf,"end",3)) { printf("process end\n"); flag = 1; break; } printf("input %d char .\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); } printf("wait reclaim child thread.\n"); ret = pthread_join(th,NULL); //pthread_join()函数等待由thread指定的线程结束。如果该线程已经终止，则pthread_join()立即返回。 if(ret != 0) { printf("pthread_join error.\n"); exit(-1); } printf("reclaim child thread successfully.\n"); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }
8.条件变量（代码演示）
#include<stdio.h> #include<string.h> #include<pthread.h> #include<stdlib.h> //子线程处理 char buf[200]; pthread_mutex_t mutex; pthread_cond_t cond; int flag; void *func(void *arg) { while(flag == 0) { pthread_mutex_lock(&mutex);// 互斥加锁 pthread_cond_wait(&cond,NULL);// 线程同步等待 printf("input %d char.\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 } pthread_exit(NULL); } int main(void) { int ret = -1; pthread_t th = -1; pthread_mutex_init(&mutex,NULL); pthread_cond_init(&cond,NULL); //初始化条件变量 ret = pthread_create(&th,NULL,func,NULL); //pthread_create()函数在调用进程中启动一个新线程,创建成功返回0 if(ret != 0) { printf("pthread_create error.\n"); return -1; } printf("please input string,end with Enter.\n"); while(1) { scanf("%s",buf); pthread_cond_signal(&cond);// 发送信号 if(!strncmp(buf,"end",3)) { printf("process end\n"); flag = 1; break; } printf("input %d char .\n",strlen(buf)); memset(buf,0,sizeof(buf)); } printf("wait reclaim child thread.\n"); ret = pthread_join(th,NULL); //pthread_join()函数等待由thread指定的线程结束。如果该线程已经终止，则pthread_join()立即返回。 if(ret != 0) { printf("pthread_join error.\n"); exit(-1); } printf("reclaim child thread successfully.\n"); pthread_mutex_destroy(&mutex); pthread_cond_destroy(&cond);// 条件变量销毁 return 0; }
