POSIX线程库API（全）(上)

线程库

下面简要论述了特定任务及其相关手册页。

创建缺省线程

如果未指定属性对象，则该对象为 NULL，系统会创建具有以下属性的缺省线程：

• 进程范围

• 非分离

• 缺省栈和缺省栈大小

• 零优先级

还可以用 pthread_attr_init() 创建缺省属性对象，然后使用该属性对象来创建缺省线程。有关详细信息，请参见初始化属性一节。

pthread_create 语法

使用 pthread_create(3C) 可以向当前进程中添加新的受控线程。

int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *tattr,    void*(*start_routine)(void *), void *arg);

#include <pthread.h>pthread_attr_t() tattr;pthread_t tid;extern void *start_routine(void *arg);void *arg;int ret; /* default behavior*/ret = pthread_create(&tid, NULL, start_routine, arg);/* initialized with default attributes */ret = pthread_attr_init(&tattr);/* default behavior specified*/ret = pthread_create(&tid, &tattr, start_routine, arg);

使用具有必要状态行为的 attr 调用 pthread_create() 函数。start_routine 是新线程最先执行的函数。当 start_routine 返回时，该线程将退出，其退出状态设置为由start_routine 返回的值。请参见pthread_create 语法。

当 pthread_create() 成功时，所创建线程的 ID 被存储在由 tid 指向的位置中。

使用 NULL 属性参数或缺省属性调用 pthread_create() 时，pthread_create() 会创建一个缺省线程。在对tattr 进行初始化之后，该线程将获得缺省行为。

pthread_create 返回值

pthread_create() 在调用成功完成之后返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果检测到以下任一情况，pthread_create() 将失败并返回相应的值。

EAGAIN

描述:

超出了系统限制，如创建的线程太多。

EINVAL

描述:

tattr 的值无效。

等待线程终止

pthread_join() 函数会一直阻塞调用线程，直到指定的线程终止。

pthread_join 语法

使用 pthread_join(3C) 等待线程终止。

int pthread_join(thread_t tid, void **status);

#include <pthread.h>pthread_t tid;int ret;void *status;/* waiting to join thread "tid" with status */ret = pthread_join(tid, &status);/* waiting to join thread "tid" without status */ret = pthread_join(tid, NULL);

指定的线程必须位于当前的进程中，而且不得是分离线程。有关线程分离的信息，请参见设置分离状态。

当 status 不是 NULL 时，status 指向某个位置，在 pthread_join() 成功返回时，将该位置设置为已终止线程的退出状态。

如果多个线程等待同一个线程终止，则所有等待线程将一直等到目标线程终止。然后，一个等待线程成功返回。其余的等待线程将失败并返回 ESRCH 错误。

在 pthread_join() 返回之后，应用程序可回收与已终止线程关联的任何数据存储空间。

pthread_join 返回值

调用成功完成后，pthread_join() 将返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果检测到以下任一情况，pthread_join() 将失败并返回相应的值。

ESRCH

描述:

没有找到与给定的线程 ID 相对应的线程。

EDEADLK

描述:

将出现死锁，如一个线程等待其本身，或者线程 A 和线程 B 互相等待。

EINVAL

描述:

与给定的线程 ID 相对应的线程是分离线程。

pthread_join() 仅适用于非分离的目标线程。如果没有必要等待特定线程终止之后才进行其他处理，则应当将该线程分离。

简单线程的示例

在示例 2–1 中，一个线程执行位于顶部的过程，该过程首先创建一个辅助线程来执行 fetch() 过程。fetch() 执行复杂的数据库查找操作，查找过程需要花费一些时间。

主线程将等待查找结果，但同时还执行其他操作。因此，主线程将执行其他活动，然后通过执行 pthread_join() 等待辅助线程。

将新线程的 pbe 参数作为栈参数进行传递。这个线程参数之所以能够作为栈参数传递，是因为主线程会等待辅助线程终止。不过，首选方法是使用malloc 从堆分配存储，而不是传递指向线程栈存储的地址。如果将该参数作为地址传递到线程栈存储，则该地址可能无效或者在线程终止时会被重新分配。

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示例 2–1 简单线程程序

void mainline (...){        struct phonebookentry *pbe;        pthread_attr_t tattr;        pthread_t helper;        void *status;        pthread_create(&helper, NULL, fetch, &pbe);            /* do something else for a while */        pthread_join(helper, &status);        /* it's now safe to use result */}void *fetch(struct phonebookentry *arg){        struct phonebookentry *npbe;        /* fetch value from a database */        npbe = search (prog_name)            if (npbe != NULL)                *arg = *npbe;        pthread_exit(0);}   struct phonebookentry {        char name[64];        char phonenumber[32];        char flags[16];}

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分离线程

pthread_detach(3C) 是 pthread_join(3C) 的替代函数，可回收创建时 detachstate 属性设置为PTHREAD_CREATE_JOINABLE 的线程的存储空间。

pthread_detach 语法

int pthread_detach(thread_t tid);

#include <pthread.h>pthread_t tid;int ret;/* detach thread tid */ret = pthread_detach(tid);

pthread_detach() 函数用于指示应用程序在线程 tid 终止时回收其存储空间。如果tid 尚未终止，pthread_detach() 不会终止该线程。

pthread_detach 返回值

pthread_detach() 在调用成功完成之后返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果检测到以下任一情况，pthread_detach() 将失败并返回相应的值。

EINVAL

描述:

tid 是分离线程。

ESRCH

描述:

tid 不是当前进程中有效的未分离的线程。

为线程特定数据创建键

单线程 C 程序有两类基本数据：局部数据和全局数据。对于多线程 C 程序，添加了第三类数据：线程特定数据。线程特定数据与全局数据非常相似，区别在于前者为线程专有。

线程特定数据基于每线程进行维护。TSD（特定于线程的数据）是定义和引用线程专用数据的唯一方法。每个线程特定数据项都与一个作用于进程内所有线程的键关联。通过使用key，线程可以访问基于每线程进行维护的指针 (void *)。

pthread_key_create 语法

int pthread_key_create(pthread_key_t *key,    void (*destructor) (void *));

#include <pthread.h>pthread_key_t key;int ret;/* key create without destructor */ret = pthread_key_create(&key, NULL);/* key create with destructor */ret = pthread_key_create(&key, destructor);

可以使用 pthread_key_create(3C) 分配用于标识进程中线程特定数据的键。键对进程中的所有线程来说是全局的。创建线程特定数据时，所有线程最初都具有与该键关联的NULL 值。

使用各个键之前，会针对其调用一次 pthread_key_create()。不存在对键（为进程中所有的线程所共享）的隐含同步。

创建键之后，每个线程都会将一个值绑定到该键。这些值特定于线程并且针对每个线程单独维护。如果创建该键时指定了 destructor 函数，则该线程终止时，系统会解除针对每线程的绑定。

当 pthread_key_create() 成功返回时，会将已分配的键存储在 key 指向的位置中。调用方必须确保对该键的存储和访问进行正确的同步。

使用可选的析构函数 destructor 可以释放过时的存储。如果某个键具有非 NULL destructor 函数，而线程具有一个与该键关联的非NULL 值，则该线程退出时，系统将使用当前的相关值调用 destructor 函数。destructor 函数的调用顺序不确定。

pthread_key_create 返回值

pthread_key_create() 在成功完成之后返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况，pthread_key_create() 将失败并返回相应的值。

EAGAIN

描述:

key 名称空间已经用完。

ENOMEM

描述:

此进程中虚拟内存不足，无法创建新键。

删除线程特定数据键

使用 pthread_key_delete(3C) 可以销毁现有线程特定数据键。由于键已经无效，因此将释放与该键关联的所有内存。引用无效键将返回错误。Solaris 线程中没有类似的函数。

pthread_key_delete 语法

int pthread_key_delete(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>pthread_key_t key;int ret;/* key previously created */ret = pthread_key_delete(key);

如果已删除键，则使用调用 pthread_setspecific() 或 pthread_getspecific() 引用该键时，生成的结果将是不确定的。

程序员在调用删除函数之前必须释放所有线程特定资源。删除函数不会调用任何析构函数。反复调用 pthread_key_create() 和pthread_key_delete() 可能会产生问题。如果 pthread_key_delete() 将键标记为无效，而之后key 的值不再被重用，那么反复调用它们就会出现问题。对于每个所需的键，应当只调用 pthread_key_create() 一次。

pthread_key_delete 返回值

pthread_key_delete() 在成功完成之后返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下情况，pthread_key_delete() 将失败并返回相应的值。

EINVAL

描述:

key 的值无效。

设置线程特定数据

使用 pthread_setspecific(3C) 可以为指定线程特定数据键设置线程特定绑定。

pthread_setspecific 语法

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);

#include <pthread.h>pthread_key_t key;void *value;int ret;/* key previously created */ret = pthread_setspecific(key, value);

pthread_setspecific 返回值

pthread_setspecific() 在成功完成之后返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况，pthread_setspecific() 将失败并返回相应的值。

ENOMEM

描述:

虚拟内存不足。

EINVAL

描述:

key 无效。

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注 –

设置新绑定时，pthread_setspecific() 不会释放其存储空间。必须释放现有绑定，否则会出现内存泄漏。

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获取线程特定数据

请使用 pthread_getspecific(3C) 获取调用线程的键绑定，并将该绑定存储在 value 指向的位置中。

pthread_getspecific 语法

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>pthread_key_t key;void *value;/* key previously created */value = pthread_getspecific(key);

pthread_getspecific 返回值

pthread_getspecific 不返回任何错误。

全局和专用线程特定数据的示例

示例 2–2 显示的代码是从多线程程序中摘录出来的。这段代码可以由任意数量的线程执行，但该代码引用了两个全局变量：errno 和mywindow。这些全局值实际上应当是对每个线程专用项的引用。

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示例 2–2 线程特定数据－全局但专用

body() {    ...    while (write(fd, buffer, size) == -1) {        if (errno != EINTR) {            fprintf(mywindow, "%s\n", strerror(errno));            exit(1);        }    }    ...}

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errno 引用应该从线程所调用的例程获取系统错误，而从其他线程所调用的例程获取系统错误。因此，线程不同，引用errno 所指向的存储位置也不同。

mywindow 变量指向一个 stdio （标准 IO）流，作为线程专属的流窗口。因此，与 errno 一样，线程不同，引用mywindow 所指向的存储位置也不同。最终，这个引用指向不同的流窗口。唯一的区别在于系统负责处理 errno，而程序员必须处理对mywindow 的引用。

下一个示例说明对 mywindow 的引用如何工作。预处理程序会将对 mywindow 的引用转换为对 _mywindow() 过程的调用。

此例程随后调用 pthread_getspecific()。pthread_getspecific() 接收mywindow_key 全局变量作为输入参数，以输出参数 win 返回该线程的窗口。

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示例 2–3 将全局引用转化为专用引用

thread_key_t mywin_key;FILE *_mywindow(void) {    FILE *win;    win = pthread_getspecific(mywin_key);    return(win);}#define mywindow _mywindow()void routine_uses_win( FILE *win) {    ...}void thread_start(...) {    ...    make_mywin();    ...    routine_uses_win( mywindow )    ...}

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mywin_key 变量标识一类变量，对于该类变量，每个线程都有其各自的专用副本。这些变量是线程特定数据。每个线程都调用 make_mywin() 以初始化其时限并安排其mywindow 实例以引用线程特定数据。

调用此例程之后，此线程可以安全地引用 mywindow，调用 _mywindow() 之后，此线程将获得对其专用时限的引用。引用mywindow 类似于直接引用线程专用数据。

示例 2–4 说明如何设置引用。

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示例 2–4 初始化线程特定数据

void make_mywindow(void) {    FILE **win;    static pthread_once_t mykeycreated = PTHREAD_ONCE_INIT;    pthread_once(&mykeycreated, mykeycreate);    win = malloc(sizeof(*win));    create_window(win, ...);    pthread_setspecific(mywindow_key, win);}void mykeycreate(void) {    pthread_key_create(&mywindow_key, free_key);}void free_key(void *win) {    free(win);}

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首先，得到一个唯一的键值，mywin_key。此键用于标识线程特定数据类。第一个调用 make_mywin() 的线程最终会调用pthread_key_create()，该函数将唯一的 key 赋给其第一个参数。第二个参数是destructor 函数，用于在线程终止后将该线程的特定于该线程的数据项实例解除分配。

接下来为调用方的线程特定数据项的实例分配存储空间。获取已分配的存储空间，调用 create_window()，以便为该线程设置时限。win 指向为该时限分配的存储空间。最后，调用pthread_setspecific()，将 win 与该键关联。

以后，每当线程调用 pthread_getspecific() 以传递全局 key，线程都会获得它在前一次调用pthread_setspecific() 时设置的与该键关联的值）。

线程终止时，会调用在 pthread_key_create() 中设置的 destructor 函数。每个destructor 函数仅在终止线程通过调用 pthread_setspecific() 为key 赋值之后才会被调用。