• 线程基础概念


    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:

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