Linux 多线程编程

概念

• 原来指向main()的线程叫做主线程(main thread)
• 使用pthread_create()创建出来的线程，叫做子线程(child thread)
• 主/子线程只有在创建时才有区别, 创建完了就一视同仁, 都是一样的独立个体, 可以有交流、共享和私有, 但没有上下级, 这一点和多进程一样, 只有在创建的瞬间才有parent process 和child process 的区别, 创建完了就都是一样的独立个体
• 创建完子线程之后，两个线程之间独立运行，线程的执行先后次序由OS的调度算法决定
• 线程之间相互独立也相互影响，因为主线程结束时，会导致进程结束，进程结束时，会导致该进程的所有线程结束
• 多个线程共享一个进程, 而一个进程只有一个输出终端, So一定要调度好, 要不有的线程输出会看不到, 最low的做法就是sleep()一下保证线程可以执行完
  

模型

$gcc  -pthread
#include<pthread.h>
pthread_self()/pthread_equal()            //获得ThreadID
pthread_attr_init()/pthread_attr_setdetachstate()/…                //创建一个线程前设置		
pthread_create()                          //创建一个线程			
pthread_detach()pthread_setcancelstate()/pthread_setcanceltype()    //已有一个线程后设置		
pthread_kill()                            //向线程发送一个信号		
pthread_exit()                            //退出线程但不退出进程	
pthread_cancel()                          //终止另一个线程			
pthread_join()                            //等待一个线程			

pthread_self()

//返回调用线程的ID
pthread_t pthread_self(void);

pthread_equal()

//对比两个线程ID，相等返回非0,不等返回0
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

pthread_attr_init()/ pthread_attr_destroy()

//pthread_attr_init()初始化一个线程属性对象attr，不指定attr就按默认参数进行初始化。
//pthread_attr_destroy()销毁一个线程属性对象，销毁的操作对使用这个attr的线程有影响
//成功返回0,失败返回error number
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

更改attr对象的函数

//成功返回0,失败返回error number
typedef struct{
	int					detachstate;   		//线程的分离状态		
	int               	schedpolicy;  		//线程调度策略
	struct sched_param	schedparam;  		//线程的调度参数
	int           		inheritsched;  		//线程的继承性
	int              	scope;       		//线程的作用域
	size_t             	guardsize;   		//线程栈末尾的警戒缓冲区大小
	int               	stackaddr_set;		//线程的栈设置
	void *          	stackaddr;   		//线程栈的位置
	size_t             	stacksize;    		//线程栈的大小
}pthread_attr_t;

pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t* attr, int detachstate)
pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t* attr, int* detachstate)
PTHREAD_CREATE_JOINABLE	/	PTHREAD_CREAT_DETACHED
int detachstate;

pthread_attr_getdetachstate(&attr,&detachstate);
if(PTHREAD_CREATE_JOINABLE==detachstate)
	printf("1.PTHREAD_CREATE_JOINABLE
");		//default

pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);
pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *attr, int *policy);
SCHED_OTHER		/	SCHED_FIFO	/	SCHED_RR

pthread_attr_setsschedchedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
struct sched_param {
	int sched_priority;// Scheduling priority，int sched_get_priority_max/sched_get_priority_min (int policy)
};

pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr, int inheritsched);
pthread_attr_getinheritsched(const pthread_attr_t *attr, int *inheritsched);
PTHREAD_INHERIT_SCHED		/	 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED

pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
pthread_attr_getscope(const pthread_attr_t *attr, int *scope);
PTHREAD_SCOPE_SYSTEM		/	PTHREAD_SCOPE_PROCESS

pthread_attr_setguardsize ( pthread_attr_t *attr, size_t guardsize );
pthread_attr_getguardsize ( const pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize );
>0				/	0
(默认1 page,当然还可以指定任意值)

pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize);
pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize);

pthread_attr_setstacksize ( pthread_attr_t *attr, size_t size );
pthread_attr_getstacksize ( const pthread_attr_t *attr, size_t *size );

pthread_create()

//这个函数的create有‘e’	//p代表POSIX
//在调用进程中创建一个新的线程，新的线程通过激活start_routine()来开始执行，arg是start_routine()唯一的参数
//成功返回0,失败返回error number
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

thread:存放新线程的ID到该参数所指向的缓冲区中, pthread_t是unsigned long int
attr: 线程的属性， 给NULL表示默认方式
start_routine:指定新线程的处理函数，也就是新线程启动之后需要执行的代码，线程处理函数执行完毕之后， 新线程终止
arg: 用于给start_routine传递实参(VS on_exit()) ,这个函数只支持传递void*型的型参，实际使用需要另外定义一个目标类型的指针，将arg强制类型转换后得到正确的类型

pthread_detach()

//将thread表示的线程标记为detached，当一个detached的线程结束后，它占用的资源被自动释放，其他线程也不能用pthread_join()等待
//detach一个已经被detach了的线程将导致不确定的结果
//成功返回0,失败返回error number

int pthread_detach(pthread_t thread);

pthread_setcancelstate()

//设置当前线程是否允许被cancel，成功返回0,失败返回error number					
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

state：设置新状态

• PTHREAD_CANCEL_ENABLE //允许取消
• PTHREAD_CANCEL_DISABLE //不允许取消

oldstate：用于带出设置之前的旧状态

pthread_setcanceltype()

//设置可取消性的类型，即当前线程何时被取消	
//成功返回0,失败返回error number					
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

type：设置新类型

• PTHREAD_CANCEL_DEFERED //延迟取消
• PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS //立即取消

oldtype：用于带出设置之前的旧类型

pthread_exit()

//结束调用线程并返回一个retval值，这个值可以被同进程中的其他线程通过pthread_join()来读取，当然，前提条件是当前线程可以被汇合/等待
void pthread_exit(void *retval);

线程的3种终止方式：

• 简单的从启动例程中返回，返回值是线程的退出码
• 线程可以被同一进程中的其他线程取消
• 线程调用pthread_exit()

pthread_cancel()

//发送一个结束请求给一个线程，是否取消以及何时取消取决于线程的属性：state和type
//成功返回0,失败返回error number
int pthread_cancel(pthread_t thread);

pthread_join()

//等待thread指定的线程终止，如果目标线程没有终止，则当前线程进入阻塞状态，当目标线程终止时，该函数立即返回，前提：目标线程可以被汇合/等待
//如果调用pthread_join()的线程被cancel了，目标线程互保持joinable(不会被撤销)
//如果多个线程同时join一个线程，那么结果是不确定的
//成功返回0,失败返回error number
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

thread：线程编号
retval：二级指针的返回值
retval

• 不是NULL，将拷贝目标线程的状态信息到*retval
• 如果目标线程被cancel了，则将PTHREAD_CANCELED防止在*retval

例子

//02join.c, 使用pthread_join等待目标线程结束
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>		//strerror()//没有这个.h会把strerror(error)当int

void* Calc(void* pv){
	printf("primeter is %lg, area is:%lg
",2*3.14**(int*)pv,3.14**(int*)pv**(int*)pv);
	return NULL;	//要求有返回值，所以返回NULL
}
main(){
	int* piRadius=(int*)malloc(sizeof(int));
	printf("please input radius
");
	scanf("%d",piRadius);
	pthread_t thread;
	int error=pthread_create(&thread,NULL,Calc,(void*)piRadius);
	if(0!=error)
		printf("%s
",strerror(error)),exit(-1);
	error=pthread_join(thread,NULL);
	if(0!=error)
		printf("%s
",strerror(error)),exit(-1);
	free(piRadius);
	piRadius=NULL;
	return 0;
} 

//03join.c  使用pthread_join获取目标线程的退出状态
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* task(void* pv){
	char* pc="hello";
	return (void*)pc;
}
main(){
	//创建子线程，使用pthread_create
	pthread_t thread;
	int error=pthread_create(&thread,NULL,task,NULL);
	if(0!=error)
		printf("%s",strerror(error)),exit(-1);
	//等待子线程结束，并获取退出状态信息
	char* ps=NULL;
	error=pthread_join(thread,(void**)&ps);
	if(0!=error)
		printf("pthread_join %s
",strerror(error)),exit(-1);
	printf("child thread returned:%s
",ps);
	return 0;
} 

//使用pthread_create()创建新线程
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>

void* task(void* pv){		//需要一个实参，我们又不需要，就可以给个NULL
	//判断thread中的线程ID是否与pthread_self()的线程ID相等
	int res=pthread_equal(*(pthread_t*)pv,pthread_self());
	if(0!=res)
		printf("these two are Equal
");
	else
		printf("these two are Unequal
");
	int i=0;
	for(i=0;i<10;i++){
		printf("I am the new thread
");
		sleep(1);
	}
}
int main(){
	//1.准备存储线程编号的变量
	pthread_t thread;

	//2.创建新线程，使用pthread_create()
	int errno=pthread_create(&thread,NULL,task,(void*)&thread);//子线程执行完task()就结束了,使用arg把thread传入子线程
	if(0!=errno)
		printf("pthread_create:%s
",strerror(errno)),exit(-1);
	sleep(10);
	printf("child thread's ID:%lu,parent thread's ID:%lu
",thread,pthread_self());//pthread_self(),获取当前线程自己的线程编号
	return 0;
}

//使用pthread_create()创建子线程，在线程处理函数中计算1~100之间的和，保存在sum中，返回该变量的地址，主线程等待子线程结束，并获取退出状态信息，并打印
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* Sum(void* pv){
	int i=0,sum=0;
	for(i=1;i<=100;i++)
		sum+=i;
	printf("%d
",sum);
	return (void*)"success";	//其实return "success"就行
}
int main(){
	pthread_t thread;
	int res=pthread_create(&thread,NULL,Sum,NULL);
	if(0!=res)
		printf("%s",strerror(res)),exit(-1);
	char *retval=NULL;
	res=pthread_join(thread,(void**)&retval);
	if(0!=res)
		printf("%s
",strerror(res)),exit(-1);
	printf("child thread return : %s
",retval);
	return 0;
}

//在线程处理函数中打印1~20之间的函数，当打印到10时终止当前进程并带出10，主线程等待并获取退出状态信息，打印最终结果
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
void* task(void* pv){
	static int i=0;
	for(i=1;i<=20;i++){
		if(10==i)
			pthread_exit((void*)&i);	//pthread_exit()  VS  exit()
		else
			printf("i=%d
",i);
	}
	return NULL;
}
main(){
	pthread_t thread;
	pthread_create(&thread,NULL,task,NULL);
	int *retval=NULL;
	pthread_join(thread,(void**)&retval);		//没有错误处理
	printf("task returned:%d
",*retval);
	return 0;
}

//使用pthread_cancel()取消指定的线程
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
void* task(void* pv){
	pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);		//设置该线程不可取消
	while(1){
		printf("I am superman
");
		sleep(1);
	}
	return NULL;
}
void* task2(void* pv){
	printf("Cancelling thread...
");
	sleep(2);
	pthread_cancel(*(pthread_t*)pv);
	printf("cancelling successfully
");
}
main(){
	pthread_t thread;
	pthread_t thread2;
	pthread_create(&thread,NULL,task,NULL);
	pthread_create(&thread2,NULL,task2,(void*)&thread);	
	pthread_join(thread,NULL);
	pthread_join(thread2,NULL);
	return 0;
}
/*
I am superman
I am superman
Cancelling thread...
I am superman
cancelling successfully
I am superman		//取消失败了, 说明设置禁止取消成功了
I am superman
*/