并发编程基础：使用POSIX线程（pthread）进行多线程编程。
并发编程是现代软件开发中不可或缺的一部分，它允许程序同时执行多个任务，从而提高程序的效率和响应性。POSIX 线程（pthread）是 UNIX 和类 UNIX 系统（如 Linux）上实现多线程的一种标准方式。下面将介绍使用 pthread 进行多线程编程的基础。
1. 包含头文件
要使用 pthread，首先需要包含 pthread 库的头文件：
c复制代码
#include <pthread.h> |
2. 创建线程
在 pthread 中，线程是通过 pthread_create 函数创建的。这个函数需要四个参数：一个指向 pthread_t 类型的指针（用于存储新线程的标识符），一个指向线程属性对象的指针（通常传递 NULL 以使用默认属性），一个指向线程将要执行的函数的指针，以及传递给该函数的参数（通过 void* 传递）。
#include <stdio.h> |
#include <stdlib.h> |
#include <pthread.h> |
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void* thread_function(void* arg) { |
// 线程执行的代码 |
printf("Hello from thread\n"); |
return NULL; |
} |
|
int main() { |
pthread_t thread_id; |
int result = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL); |
if (result != 0) { |
perror("Failed to create thread"); |
exit(EXIT_FAILURE); |
} |
|
// 等待线程结束 |
pthread_join(thread_id, NULL); |
|
return 0; |
} |
3. 线程同步
多个线程可能会同时访问共享资源，这可能导致数据竞争和不一致。为了解决这个问题，pthread 提供了多种同步机制，如互斥锁（mutexes）、条件变量（condition variables）和信号量（semaphores）。
互斥锁（Mutexes）
互斥锁用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问该数据。
#include <pthread.h> |
|
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; |
|
void* thread_function(void* arg) { |
pthread_mutex_lock(&lock); |
// 访问共享资源 |
pthread_mutex_unlock(&lock); |
return NULL; |
} |
4. 线程终止
线程可以通过返回其函数来正常终止，或者可以通过 pthread_exit 函数提前终止。主线程可以使用 pthread_join 等待其他线程完成。
5. 编译和链接
编译使用 pthread 的程序时，需要链接 pthread 库。在 GCC 中，这通常通过添加 -lpthread 选项来完成。
gcc -o my_program my_program.c -lpthread |
6. 注意事项
确保所有线程都正确同步，以避免数据竞争和死锁。
在多线程程序中，对全局变量和静态变量的访问应该特别小心。
线程安全函数：确保你使用的库函数是线程安全的，或者你的使用方式是线程安全的。
调试多线程程序可能比调试单线程程序更复杂，因为存在非确定性行为。
通过使用 pthread，你可以有效地利用现代多核处理器的并行处理能力，编写出高效、响应快的并发程序。
并发编程基础：使用POSIX线程（pthread）进行多线程编程。（扩展）
并发编程与 POSIX 线程（pthread）深入解析
在现代软件开发中，并发编程已成为提升程序性能和响应能力的关键技术之一。POSIX 线程（pthread）作为 UNIX 和类 UNIX 系统（如 Linux）上实现多线程的标准方式，提供了丰富的API以支持复杂的多线程应用程序开发。本文将详细探讨使用 pthread 进行多线程编程的基础、线程同步机制、线程终止与资源清理，以及编译和链接的注意事项。
一、包含头文件与基础设置
在使用 pthread 之前，首先需要包含 pthread 库的头文件。这是任何使用 pthread 功能的程序所必需的。
#include <pthread.h> |
#include <stdio.h> |
#include <stdlib.h> |
二、创建线程
在 pthread 中，线程通过 pthread_create 函数创建。这个函数需要四个参数：线程标识符的指针、线程属性对象指针（通常传递 NULL 以使用默认属性）、线程执行函数的指针以及传递给该函数的参数（通过 void* 传递）。
void* thread_function(void* arg) { |
printf("Hello from thread\n"); |
return NULL; |
} |
|
int main() { |
pthread_t thread_id; |
int result = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL); |
if (result != 0) { |
perror("Failed to create thread"); |
exit(EXIT_FAILURE); |
} |
|
// 等待线程结束 |
pthread_join(thread_id, NULL); |
return 0; |
} |
在上面的例子中，thread_function 是线程将要执行的函数，而 pthread_create 被用来创建新线程。主线程通过调用 pthread_join 等待新线程结束，以确保程序在所有线程完成前不会退出。
三、线程同步
当多个线程需要访问共享资源时，必须采取适当的同步措施来避免数据竞争和不一致。pthread 提供了多种同步机制，包括互斥锁（mutexes）、条件变量（condition variables）和信号量（semaphores）。
3.1 互斥锁（Mutexes）
互斥锁用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问该数据。
#include <pthread.h> |
|
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; |
|
void* thread_function(void* arg) { |
pthread_mutex_lock(&lock); |
// 访问共享资源 |
printf("Accessing shared resource\n"); |
pthread_mutex_unlock(&lock); |
return NULL; |
} |
|
int main() { |
// 线程创建和等待代码... |
} |
在 thread_function 中，使用 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock 分别对互斥锁进行加锁和解锁操作，以保护共享资源的访问。
3.2 条件变量
条件变量与互斥锁配合使用，允许线程等待某个条件成立。
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; |
|
void* thread_function(void* arg) { |
pthread_mutex_lock(&lock); |
// 等待条件满足 |
pthread_cond_wait(&cond, &lock); |
// 条件满足，处理数据 |
printf("Condition met, processing data\n"); |
pthread_mutex_unlock(&lock); |
return NULL; |
} |
|
// 在另一个线程或函数中设置条件并通知等待的线程 |
pthread_mutex_lock(&lock); |
// 修改条件... |
pthread_cond_signal(&cond); // 或 pthread_cond_broadcast(&cond) |
pthread_mutex_unlock(&lock); |
四、线程终止与资源清理
线程可以通过两种方式终止：正常返回其函数值或调用 pthread_exit 函数提前终止。主线程或其他线程可以使用 pthread_join 等待特定线程结束，并可选地获取该线程的退出状态。
void* thread_function(void* arg) { |
// 线程执行代码 |
// ... |
return (void*)0; // 正常退出 |
// 或 pthread_exit((void*)EXIT_SUCCESS); // 提前退出 |
} |
|
int main() { |
// 线程创建和等待代码... |
void* status; |
pthread_join(thread_id, &status); |
if (status == (void*)0) { |
printf("Thread exited normally\n"); |
} |
// ... |
} |
