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  • 线程的基础知识

    一、基本概念
    进程中的资源:代码的指令、只读段、全局段、静态数据段、堆、栈、命令行参数、环境变量表、执行者(线程)。
    什么线程:在进程中负责执行代码的一个单位,它是进程的一部分,一个进程至少要一个线程(主线程),进程也可以有多个线程(创建)。
    进程中的代码的指令、只读段、全局段、静态数据段、堆、命令行参数、环境变量表、文件描述符、信号处理函数等资源对线程来说都是共享,线程之间栈空间是私有的。

    线程是进程的一个实体,是操作系统独立调度和分派任务的基本单位。

    二、POSIX线程
    UNIX和Linux不支持线程,通过添加额外的线程库可以使用,在编译多线程代码时需要添加 -lpthread,pthread.h.

    对于线程来说最要的是解决脏数据问题(线程同步),对于进程来说是解决通信(IPC)问题。

    三、创建线程
    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
    功能:创建线程
    thread:返回值,获取线程id
    attr:返回值,获取线程属性
    start_routine:参数,注册线程的入口函数
    arg:给线程入口函数的参数

    1、同一个进程的多个线程都在同一个地址空间内活动,因此相对于进程,线程的系统开销小,任务切换快,它们可以执行相同的代码,也可以执行不同的代码。

    2、线程间的数据交换不需要依赖于类似IPC的特殊通信机制,简单而高效,每个线程拥有自己独立的线程ID、寄存器信息、函数栈、错误码和信号掩码,线程之间存在优先级的差异。

    3、main函数即主线程,main函数返回即主线程结束,主线程结束即进程结束,进程一但结束其所有的线程即结束。

    4、应设法保证在线程过程函数执行期间,其参数所指向的目标持久有效。

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <pthread.h>
    
    typedef struct Hehe
    {
        char name[20];
        char sex;
        short age;
        char addr[128];
    }Hehe;
    
    int num = 0;
    void* pthread_run(void* arg)
    {
        Hehe* hehep = arg;
        while(1)
        {
            printf("我是子线程 %d
    ",num++);
            printf("%s %c %hd %s
    ",hehep->name,hehep->sex,hehep->age,hehep->addr);
            sleep(1);
        }
    }
    
    int main()
    {
        pthread_t ptid;
        double pi = 3.14;
        Hehe hehe = {"苏三",'f',18,"山西省洪桐县"};
        int ret = pthread_create(&ptid,NULL,pthread_run,&hehe);
        if(0 > ret)
        {
            perror("pthread_create");
            return -1;
        }
    
        while(1)
        {
            printf("我是主线程%d
    ",num++);
            sleep(1);
        }
    }

    四、对线程的操作

    1、等待线程
    int pthread_join (pthread_t thread, void** retval);
    功能:等待thread参数所标识的线程结束
    retval:返回值,线程入口函数的返回值
    返回值:成功返回0,失败返回错误码。

    线程过程函数将所需返回的内容放在一块内存中,返回该内存的地址,要保证这块内存在函数返回后,即线程结束,以后依然有效;
    若retval参数非NULL,则pthread_join函数将线程过程函数所返回的指针,拷贝到该参数所指向的内存中;
    若线程过程函数所返回的指针指向动态分配的内存,则还需保证在用过该内存之后释放之。

    2、获取线程id
    pthread_t pthread_self (void);
    功能:返回当前线程的id,此函数不会执行失败。

    3、比较两个线程
    int pthread_equal (pthread_t t1, pthread_t t2);
    功能:比较两个id是否是同一个线程
    返回值:两个id相等,则返回非零,否则返回0。
    某些实现的pthread_t不是unsigned long int类型,可能是结构体类型,无法通过“==”判断其相等性。

    4、终止线程
    1) 从线程过程函数中return。
    2) 调用pthread_exit函数。
    void pthread_exit (void* retval);
    retval和线程过程函数的返回值语义相同。

    5、线程的执行轨迹
    1) 同步方式(非分离状态):
    创建线程之后调用pthread_join函数等待其终止,并释放线程资源。
    2) 异步方式(分离状态):
    无需创建者等待,线程终止后自行释放资源。

    int pthread_detach (pthread_t thread);
    功能:使线程进入分离(DETACHED)状态。
    返回值:成功返回0,失败返回错误码。
    处于分离状态的线程终止后自动释放线程资源,且不能被pthread_join函数等待。

    6、取消线程
    1) 向指定线程发送取消请求
    int pthread_cancel (pthread_t thread);
    ​ 成功返回0,失败返回错误码。
    ​ 注意:只是向线程发出取消请求,并不等待线程终止。

    缺省情况下,线程在收到取消请求以后,并不会立即终止,而是仍继续运行,直到其达到某个取消点。
    在取消点处,线程检查其自身是否已被取消了,并做出相应动作。
    当线程调用一些特定函数时,取消点会出现。

    2) 设置调用线程的可取消状态
    int pthread_setcancelstate (int state,int* oldstate);
    成功返回0,并通过oldstate参数输出原可取消状态(若非NULL),失败返回错误码。

    state取值:
      PTHREAD_CANCEL_ENABLE:接受取消请求
      PTHREAD_CANCEL_DISABLE:忽略取消请求。
     
    3) 设置调用线程的可取消类型
    int pthread_setcanceltype (int type, int* oldtype);

    成功返回0,并通过oldtype参数输出原可取消类型(若非NULL),失败返回错误码。

    type取值:
      PTHREAD_CANCEL_DEFERRED延迟取消(缺省)。
          被取消线程在接收到取消请求之后并不立即响应,
          而是一直等到执行了特定的函数(取消点)之后再响应该请求。

      PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS - 异步取消。
          被取消线程可以在任意时间取消,不是非得遇到取消点才能被取消。
          但是操作系统并不能保证这一点。

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