c 线程（平行世界）

我们已经知道如何使用进程来做一些事情了，然而 它并不是在什么地方都是最适合的。

我们看看进程的缺点是什么：

线程隆重登场

1. 如何创建线程

创建线程可以使用多种线程库，在此我们使用最流行的一种：POSIX线程库，也叫pthread。

假设有两个函数

void * dose_do(void * a) {
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sleep(1);
        puts("does_do");
    }
    
    return NULL;
}

void * dose_not(void * a) {
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sleep(1);
        puts("does_not");
    }
    
    return NULL;
}

这两个函数都返回了void指针，因为void指针可以指向存储器中任何数据类型的数据，线程函数的返回类必须是void *。

必须包含#include <pthread.h>头文件

我们使用pthread_create() 函数创建并运行一个线程，而且每个线程都需要把线程信息保存在一个pthread_t类型的数据中。

// new pthread
    pthread_t t0;
    pthread_t t1;
    
    if (pthread_create(&t0, NULL, dose_not, NULL) == -1) {
        error("无法创建线程t0");
    }
    if (pthread_create(&t1, NULL, dose_do, NULL) == -1) {
        error("无法创建线程t1");
    }

上边的两个函数将会独立的在线程中运行，知道结束，但是我们需要知道这两个函数什么时候结束。

我们使用pthread_join()函数等待函数结束，他会接受线程函数的返回值，并保存在一个void *类型的数据中。

那么这个函数是如何得知线程结束的呢？当得到线程函数的返回值的时候，就表明线程函数结束了。这也是为什么线程函数必须要有返回值的原因。

 void *result;
    if (pthread_join(t0, &result) == -1) {
        error("无法回收线程t0");
    }
    if (pthread_join(t1, &result) == -1) {
        error("无法回收线程t1");
    }

我们来看 全部代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

// 错误处理函数
void error(char *msg) {
    fprintf(stderr, "Error: %s  %s", msg, strerror(errno));
    exit(1);
}


void * dose_not(void * a) {
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sleep(1);
        puts("does_not");
    }
    
    return NULL;
}

void * dose_do(void * a) {
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sleep(1);
        puts("does_do");
    }
    
    return NULL;
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
   
    // new pthread
    pthread_t t0;
    pthread_t t1;
    
    if (pthread_create(&t0, NULL, dose_not, NULL) == -1) {
        error("无法创建线程t0");
    }
    if (pthread_create(&t1, NULL, dose_do, NULL) == -1) {
        error("无法创建线程t1");
    }
    
    void *result;
    if (pthread_join(t0, &result) == -1) {
        error("无法回收线程t0");
    }
    if (pthread_join(t1, &result) == -1) {
        error("无法回收线程t1");
    }

    

    return 0;
}

结果如下

再来看下边这段代码，我们有2000000瓶啤酒，开启20条线程，看最后剩余多少瓶？

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

// 错误处理函数
void error(char *msg) {
    fprintf(stderr, "Error: %s  %s", msg, strerror(errno));
    exit(1);
}


int beers = 2000000;

void * drink_lots(void * a) {
    
    
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        
        beers = beers - 1;
       
    }

    printf("剩余 %i 瓶啤酒 
",beers);

    return NULL;
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    // new pthread
    pthread_t pthreads[20];
    
    printf("%i 瓶啤酒 
",beers);
    
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
        if (pthread_create(&pthreads[i], NULL, drink_lots, NULL) == -1) {
            error("无法创建线程");
        }
    }
    
    void *result;

    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
        if (pthread_join(pthreads[i], &result) == -1) {
            error("无法回收线程");
        }
    }

    
    
    return 0;
}

运行结果

那么问题来了，为什么跟我们想要的结果不一样呢？ 其实都点编程经验的人都知道，线程是不安全的。

要想解决这样的问题就要使用互斥锁

2. 用互斥锁保护线程

互斥锁必须对所有可能发生冲突的线程可见，也就是说它是一个全局变量。

创建：

pthread_mutex_t beers_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

加锁

pthread_mutex_lock(&beers_lock);

解锁

pthread_mutex_unlock(&beers_lock);

我们修改上边的关于啤酒的函数为

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

// 错误处理函数
void error(char *msg) {
    fprintf(stderr, "Error: %s  %s", msg, strerror(errno));
    exit(1);
}

pthread_mutex_t beers_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int beers = 2000000;

void * drink_lots(void * a) {
    
    
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        
        pthread_mutex_lock(&beers_lock);
        beers = beers - 1;
        pthread_mutex_unlock(&beers_lock);
    }

    printf("剩余 %i 瓶啤酒 
",beers);

    return NULL;
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    // new pthread
    pthread_t pthreads[20];
    
    printf("%i 瓶啤酒 
",beers);
    
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
        if (pthread_create(&pthreads[i], NULL, drink_lots, NULL) == -1) {
            error("无法创建线程");
        }
    }
    
    void *result;

    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
        if (pthread_join(pthreads[i], &result) == -1) {
            error("无法回收线程");
        }
    }

    
    
    return 0;
}

运行结果如下

每个线程中循环结束后才会打印结果，也就是说当循环完之后打印的结果就是那个时间点还剩多少瓶啤酒。

线程的知识和运用先简单介绍到这，后续会增加实战的内容。