多线程程序设计3

 

说明：只供学习交流，装载请注明出处

 

五，线程清除

线程终止有两种情况：正常终止和非正常终止。线程主动调用pthread_exit或线程函数中return都将使线程正常退出，这是可预见的退出方式；非正常终止是在其他线程的干预下，或者由于自身出错（比如访问非法地址）而退出，退出方式是不可预见的。不论是可预见的线程终止还是异常终止，都会存在资源释放的问题，如何保证线程终止时能顺利的释放掉自己所占用的资源，是一个必须考虑解决的问题。

 

为了解决上述问题，在线程API中提供了pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop()函数用于自动释放资源。使用时，只需将待处理的线程代码放在pthread_cleanup_push函数和pthread_cleanup_pop函数之间，当程序运行在它们之间发生终止动作（包括调用pthread_exit和非正常退出，但不包括return）时，都将执行pthread_cleanup_push()所指定的清理函数进行线程清除工作。

pthread_cleanup_push函数

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

void pthread_cleanup_push(void  (*routine)(void *), void *arg);

返回值

无

函数功能：将清除函数压入清除栈，标志一个线程清理段的开始。

参数说明：routine为线程清除函数，arg为线程清除函数的传入参数。

pthread_cleanup_pop函数

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

void pthread_cleanup_pop(int execute);

返回值

无

函数功能：将清除函数弹出清除栈。

参数说明：程序执行到pthread_cleanup_pop()时在弹出清理函数的同时若execute为非0:执行清理函数， execute为0:不执行清理函数。

 

实例：

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>/*线程清理函数*/void *clean(void *arg){    printf("cleanup :%s\n",(char *)arg);    return (void *)0;}/*线程1的执行函数*/void *thr_fn1(void *arg){    printf("thread 1 start  \n");/*将线程清理函数压入清除栈两次*/    pthread_cleanup_push( (void*)clean,"thread 1 first handler");    pthread_cleanup_push( (void*)clean,"thread 1 second hadler");    printf("thread 1 push complete  \n");    if(arg)    {        return((void *)1); //线程运行到这里会结束，后面的代码不会被运行。由于是用return退出，所以不会执行线程清理函数。    }    pthread_cleanup_pop(0);    pthread_cleanup_pop(0);    return (void *)1;}/*线程2的执行函数*/void *thr_fn2(void *arg){    printf("thread 2 start  \n");/*将线程清理函数压入清除栈两次*/    pthread_cleanup_push( (void*)clean,"thread 2 first handler");    pthread_cleanup_push( (void*)clean,"thread 2 second handler");    printf("thread 2 push complete  \n");    if(arg)    {        pthread_exit((void *)2);//线程运行到这里会结束，后面的代码不会被运行。由于是用pthread_exit退出，所以会执行线程清理函数。执行的顺序是先压进栈的后执行，即后进先出。    }    pthread_cleanup_pop(0);    pthread_cleanup_pop(0);    pthread_exit((void *)2);}int main(void){    int err;    pthread_t tid1,tid2;    void *tret;/*创建线程1并执行线程执行函数*/    err=pthread_create(&tid1,NULL,thr_fn1,(void *)1);    if(err!=0)    {        printf("error .... \n");        return -1;    }/*创建线程2并执行线程执行函数*/    err=pthread_create(&tid2,NULL,thr_fn2,(void *)1);if(err!=0)    {        printf("error .... \n");        return -1;    }/*阻塞等待线程1退出，并获取线程1的返回值*/    err=pthread_join(tid1,&tret);    if(err!=0)    {        printf("error .... \n");        return -1;    }    printf("thread 1 exit code %d  \n",(int)tret);/*阻塞等待线程2退出，并获取线程2的返回值*/    err=pthread_join(tid2,&tret);    if(err!=0)    {        printf("error .... ");        return -1;    }printf("thread 2 exit code %d  \n",(int)tret);        return 1;}运行结果：[root@localhost test]# ./pthread_cleanup thread 1 start...thread 1 push complete...thread 2 start...thread 2 push completecleanup: thread 2 second handercleanup: thread 2 first handerthread 1 exit code 1thread 2 exit code 2[root@localhost test]#

 

六，线程同步

多进程对共享资源进行访问的时候，必须保证某个时刻只有一个进程访问资源，这个问题在多线程情况下，同样是存在的。为此，Linux系统提供了互斥锁来保证某个时刻只有一个线程使用资源。

互斥锁提供了在多线程情况下相互排斥的方法。举例来说，如有两个线程，线程A和线程B，当线程A意图锁定一个互斥锁时，线程B在线程A操作之前就已经完成了锁定，这时，线程A将进入睡眠状态，直到线程B释放该锁才能进行锁定。通过对互斥锁进行锁定操作，就能实现进程对共享资源的依次访问。

 

互斥锁的锁定和解锁是通过pthread_mutex_lock函数和pthread_mutex_unlock函数来实现的。互斥锁一般用来保护数据结构。通过线程对互斥锁的锁定和解锁，能够实现某一时刻只有一个线程访问该数据结构。

 

互斥锁操作主要有3种行为，分别是加锁、解锁和测试加锁。当对互斥锁进行了加锁操作，在没有进行解锁之前，任何线程都没有办法获得互斥锁。

 

要创建互斥锁，可以通过两种途径来实现：一种是通过POSIX标准中定义的宏来实现对互斥锁的初始化，具体实现如下：

pthread_mutex_t mutex =PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

另一种方法是调用pthread_mutex_init函数来实现互斥锁的初始化，该函数的具体信息如下表：

pthread_mutex_init函数

 

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t  *mutex,

const pthread_mutexattr_t attr);

返回值

成功

失败

是否设置errno

0

非0值

是

说明：pthread_mutex_init函数将根据attr中给出的属性初始化互斥锁。如果attr参数为NULL，表示使用默认的属性。pthread_mutex_init函数调用成功后，互斥锁将完成初始化，并处于解锁状态。

对一个已经初始化的互斥锁再次初始化会产生不可预测的后果。

使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER宏来初始化互斥锁，其效果等同于调用pthread_mutex_init函数时将attr参数指定为NULL。

 

错误信息：

EBUSY：试图初始化已经初始化的互斥锁。

EINVAL：参数attr中给出的参数非法。

 

举例：

…

pthread_mutex_t my_lock;

…

pthread_mutex_init(&my_lock, NULL);

 

互斥锁的加锁：

pthread_mutex_lock函数用于对互斥锁进行加锁操作，其具体信息如下表：

pthread_mutex_lock函数

 

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t  *mutex);

返回值

成功

失败

是否设置errno

0

非0值

是

说明：pthread_mutex_lock函数使用较为简单，参数mutex为要操作的互斥锁。

如果mutex的锁类型为PTHREAD_MUTEX_NORMAL，函数将不提供死锁的检测，因此，加锁操作有可能导致出现死锁。如果线程试图对一个没有加锁的互斥锁进行解锁操作，将导致不可预测的行为。

如果mutex的锁类型为PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK，即检错锁，该锁将提供错误检测能，当线程试图对一个已经加锁的互斥锁进行加锁操作时，会得到错误信息。

如果mutex的锁类型为PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，即嵌套锁，该锁充许同一个线程对锁进行多次的获取，并可以进行多次unlock解锁操作，当不同线程对该锁进行操作时，则在加锁线程解锁时重新竞争。进行一次加锁操作后，锁计数器将加1；当进行一次解锁后，计数器减1，直到锁计数器为0，其他线程才可以获得该互斥锁。

如果mutex的锁类型为PTHREAD_MUTEX_DEFAULT，即为普通锁，当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁，这种策略保证了资源分配的公平性。

 

错误信息：

EINVAL：参数mutex未指向初始化的互斥锁。

EAGAIN：未获得互斥锁。

EDEADLK：当前线程已经拥有互斥锁。

 

pthread_mutex_trylock函数与pthread_mutex_lock函数功能类似，同样用于实现对互斥锁的加锁操作。

 

 

pthread_mutex_trylock函数

 

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t  *mutex);

返回值

成功

失败

是否设置errno

0

非0值

是

说明：pthread_mutex_trylock函数用来锁住mutex所指向的互斥体，但不阻塞。如果该互斥体已经被上锁，该调用不会阻塞等待，而会返回一个错误代码。如果锁类型是嵌套锁（PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE），且调用进程对互斥锁已经加锁，调用该函数将使得锁计数器加1。

 

错误信息：

EINVAL：参数mutex为指向初始化的互斥锁。

EAGAIN：为获得互斥锁。

EDEADLK：当前线程已经拥有互斥锁。

EBUSY：由于互斥锁已经加锁，无法获得该互斥锁。

 

 

互斥锁的解锁：

Pthread_mutex_unlock函数用于对互斥锁进行解锁操作，该函数的具体信息如下表：

 

头文件

#include <pthread.h>

函数原型

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t  *mutex);

返回值

成功

失败

是否设置errno

0

非0值

是

说明：pthread_mutex_unlock函数将释放参数mutex中指向的互斥锁，释放方式依赖于互斥锁的锁类型。

 

错误信息：

EINVAL：参数mutex未指向初始化的互斥锁。

EAGAIN：未获得互斥锁。

EPERM：当前线程不拥有互斥锁。

 

实例：

程序给出了使用互斥锁实现线程同步的实例。在程序中，两个线程对共同的全局变量g_var进行加1操作。为了保证结果的正确性，必须使得在某个时刻只有一个线程对该全局变量进行操作，在程序中通过互斥锁实现了这一点。具体代码如下：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>int g_var;pthread_mutex_t locker = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *thread_function(void){int i,j;for (i = 0; i < 4; i++){pthread_mutex_lock(&locker);j = g_var;j = j+1;printf("---in thread ...increase one---\n");fflush(stdout);sleep(1);g_var = j;pthread_mutex_unlock(&locker);}return (NULL);}int main(void){pthread_t thread_id;int i;if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL)){perror("Cannot create new thread");return (1);}for (i = 0; i < 4; i++){pthread_mutex_lock(&locker);g_var = g_var + 1;pthread_mutex_unlock(&locker);printf("...in main thread...increase one...\n");fflush(stdout);sleep(1);}if (pthread_join(thread_id, NULL)){perror("Cannot join thread.");return (1);}printf("g_var: %d\n", g_var);return (0);}运行结果：[root@localhost test]# ./mutex ---in thread ...increase one------in thread ...increase one------in thread ...increase one------in thread ...increase one---...in main thread...increase one......in main thread...increase one......in main thread...increase one......in main thread...increase one...g_var: 8[root@localhost test]#