线程创建
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。一个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,每条线程可以并行执行不同任务。
一个线程的生命周期起源于它被创建的那一刻,创建线程的接口:
#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
函数说明:
POSIX thread简称pthread;
pthread_t 是unsigned long int类型的变量,用来表示线程id。
函数参数:
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start_routine(输入参数):新建线程的入口函数;作线程的API中用于标志该新建的线程;
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:
成功,返回0;失败,返回相关错误码。
注意:
主线程,这是一个进程的初始线程,其入口函数为main函数。
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。
线程ID
在新线程被创建后,便有了一个在其所在进程内(线程依附于进程而存在)唯一的标识符,由pthread_t表示,称为线程ID。一个线程可以调用以下接口获取其ID:
include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void);
该函数直接返回调用线程的ID。
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:
include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
若两个t1和t2所指定的线程ID相同,返回非0 值,否则返回0.
从线程实现的角度观察线程的创建
创建一个新的线程,从系统实现的角度看,就是创建了一个新的可调度实体;同一个进程内的线程,共享绝大部分进程的资源,只有少部分信息是线程所特有的,如栈和线程特有数据等。下图(图片来源于《Linux/UNIX系统编程手册》)是假设一个进程内存在4个线程时,内存资源的分配情况:
可以看出,同一进程内的线程间除了栈是特有的,其他内存资源几乎都是共享的。共享意味着,多个线程可以同时修改某一内存区,且该修改对同一进程的所有线程都是可见的。
线程的终止
一个线程的终止分为两种形式:被动终止和主动终止。
被动终止有两种方式:
l 线程所在进程终止,任意线程执行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。
l 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:
l 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。
l 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:
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(如何获取返回值后面介绍)。
注意:retval不能指向该线程的栈空间,否则可能成为野指针!
线程的连接
一个线程的终止对于另外一个线程来说一种异步的事件,有时候我们想等到某个ID的线程终止了再去进行某些操作,pthread_join函数为我们提供了这种功能,该功能称为线程的连接:
include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
参数说明:
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:
成功时返回0;
错误时返回正确错误码。
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!**
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:
#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
参数说明:
thread(输入参数),指定希望执行分离操作的线程。
返回值:
成功时返回0
错误时返回正确的错误码。
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。
注意:一个线程如果已经被分离了,那么我们就无法再去连接它了。
实例:
/* thread_sample.c 线程基本操作演示 */ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.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! "); sleep(1); return NULL; //子线程在此退出 } /*子线程2入口函数*/ void *thread_routine2(void *arg) { fprintf(stdout, "thread2: I'm runing.. "); 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和子线程ID是否相等 if (!pthread_equal(main_thread, pthread_self())) { fprintf(stdout, "thread2: main thread id is not equal thread2 "); } //等待主线程终止 pthread_join(main_thread, NULL); fprintf(stdout, "thread2: main thread exit! "); fprintf(stdout, "thread2: exit! "); fprintf(stdout, "thread2: process exit! "); //子线程2在此终止,进程退出 pthread_exit(NULL); } int main() { //创建子线程 pthread_t t1; if ( 0 != pthread_create(&t1, NULL, thread_routine1, NULL)) { fprintf(stderr, "create thread fail. "); exit(-1); } //等待子线程1终止 pthread_join(t1, NULL); fprintf(stdout, "main thread: thread1 teminated! "); //创建子线程2,并将主线程ID传递给子线程2 pthread_t t2; if (0 != pthread_create(&t2, NULL, thread_routine2, (void *)pthread_self())) { fprintf(stdout, "create thread fail. "); exit(-1); } fprintf(stdout, "main thread: sleep... "); sleep(3); //主线程使用pthread_exit函数终止,进程继续存在 fprintf(stdout, "main thread: exit! "); pthread_exit(NULL); fprintf(stdout, "main thread: never reach here! "); return 0; }
注意编译时加上-lpthread
运行结果: