Threads 的基本使用方法
来源：互联网 发布：ai软件实例教程 编辑：程序博客网 时间：2024/05/16 05:29
POSIX Threads
1.1 Thread基本要素
ž 线程操作包括创、终止、同步(joins,blocking)、调度、数据管理、过程交互。
ž 一个线程不维持一个已创建线程列表，不知道哪些线程已经创建。
ž 在一个进程的所有线程共享相同的地址空间。
ž 同一个进程的线程共享:Process instructions,Most data,open files,signals and handlers,current working directory,user and group id。
ž 每个线程拥有不同的Thread ID,set of registers,stack pointer,stack for local variables,return addresses,signal mask,priority, return value(errno)。
ž Pthreads函数返回0表示成功。
1.2 Thread 创建和终止
Example：pthread1.c
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>void *print_message_function( void *ptr );main(){ pthread_t thread1, thread2; const char *message1 = "Thread 1"; const char *message2 = "Thread 2"; int iret1, iret2; /*创建两个独立的线程，并且都执行同一个函数 */ iret1 = pthread_create( &thread1, NULL, print_message_function, (void*) message1); iret2 = pthread_create( &thread2, NULL, print_message_function, (void*) message2); /*等待线程1和线程2结束*/ pthread_join( thread1, NULL); pthread_join( thread2, NULL); printf("Thread 1 returns: %d\n",iret1); printf("Thread 2 returns: %d\n",iret2); exit(0);}void *print_message_function( void *ptr ){ char *message; message = (char *) ptr; printf("%s \n", message);}
编译：gcc –o pthread1 –lpthread pthread1.c
运行：./pthread1
结果：Thread 1Thread 2Thread 1 returns: 0Thread 2 returns: 0ž 线程的终止可以显示的调用pthread_exit或让回调函数返回，或调用exit来终止进程以及包括的所有线程。
ž 函数调用：pthread_create—创建新的线程
int pthread_create(pthread_t *thread,
const pthread_attr_t * attr,
void * (*start_routine)(void *),
void *arg);
参数：
thread:返回线程的ID,类型为unsigned long int,定义在bits/pthreadtypes.h中。
attr ：如果使用默认的属性则设为NULL，否则需要定义结构pthread_attr_t（bits/pthreadtypes.h）的成员。属性值见Man。
void * (*start_routine)：指向线程的入口函数，包含一个指向void型的指针。
*arg：函数的参数，传递多参数时，用指向结构体的指针。
ž 函数调用：pthread_join—等待另外一个线程终止
int pthread_join(pthread_t th,
void **thread_return);
参数：
th:线程ID
thread_return:如果该值不为空，返回值将存储在thread_return指向的地址。
ž 函数调用：pthread_exit—终止调用的线程
void pthread_exit(void *retval);
参数：retval:线程的返回值。该变量不能是局部变量。
该函数将kill一个线程。
注明：对于C，采用下面的方式传入口函数。
void print_message_function( void *ptr );......iret1 = pthread_create( &thread1, NULL, (void*)&print_message_function, (void*) message1);......1.3 Thread 同步
P_thread库提供了三种线程同步机制：mutexes(互斥锁)、joins（让一个线程等待另外一个线程结束）、condition variables (条件变量，类型为pthread_cond_t)
Mutexes
主要用来保护内存数据的一致性以及防止资源竞争，当多个线程同时操作同一块内存中的数据时，将导致数据不一致。Mutexes只能在单个进程中的多个线程中使用，不能在不同的进程中使用，但是semaphores可以在不同的进程中使用。
无锁
int counter = 0;
void functionC()
{
counter++;
}
有锁
/*变量和锁的范围是相同的*/
/*变量和锁的范围是相同的*/pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALZER;int counter = 0;void function(){pthread_mutex_lock(&mutex1);counter++;pthread_mutex_unlock(&mutex1);}
Example：mutex1.c
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>void *functionC();pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//锁的初始化int counter = 0;main(){ int rc1, rc2; pthread_t thread1, thread2; if( (rc1=pthread_create( &thread1, NULL, &functionC, NULL)) ) { printf("Thread creation failed: %d\n", rc1); } if( (rc2=pthread_create( &thread2, NULL, &functionC, NULL)) ) { printf("Thread creation failed: %d\n", rc2); } pthread_join( thread1, NULL); pthread_join( thread2, NULL); exit(0);}void *functionC(){ pthread_mutex_lock( &mutex1 ); counter++; printf("Counter value: %d\n",counter); pthread_mutex_unlock( &mutex1 );}
编译：gcc –o mutex1 –lpthread mutex1.c
运行结果：
Counter value: 1Counter value: 2 example :join1.cinclude <stdio.h>#include <pthread.h>#define NTHREADS 10void *thread_function(void *);pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int counter = 0;main(){ pthread_t thread_id[NTHREADS]; int i, j; for(i=0; i < NTHREADS; i++) { pthread_create( &thread_id[i], NULL, thread_function, NULL ); } for(j=0; j < NTHREADS; j++) { pthread_join( thread_id[j], NULL); } /* 等所有的线程都执行结束 再打印*/ printf("Final counter value: %d\n", counter);}void *thread_function(void *dummyPtr){ printf("Thread number %ld\n", pthread_self()); pthread_mutex_lock( &mutex1 ); counter++; pthread_mutex_unlock( &mutex1 );}
编译：cc -pthread join1.c or cc -lpthread join1.c
运行结果：Thread number 1026Thread number 2051Thread number 3076Thread number 4101Thread number 5126Thread number 6151Thread number 7176Thread number 8201Thread number 9226Thread number 10251Final counter value: 10条件变量pthread_cond_t
条件变量可以让线程中止执行，并且让出CPU直到条件变量为真。条件变量要和锁（没有规定是什么锁）一起使用，防止出现临界资源竞争。
- Creating/Destroying:
- pthread_cond_init初始化
- pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
- pthread_cond_destroy销毁
- Waiting on condition:
- pthread_cond_wait –解锁并等待条件发生
- pthread_cond_timedwait –设置条件阻塞的时间
- Waking thread based on condition:
- pthread_cond_signal -启动在等条件变量的线程
- pthread_cond_broadcast –唤醒所有被该条件变量阻塞的线程
Example code：cond.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>//初始化锁和条件变量pthread_mutex_t count_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_cond_t condition_var = PTHREAD_COND_INITIALIZER;void *functionCount1();void *functionCount2();int count = 0;#define COUNT_DONE 10#define COUNT_HALT1 3#define COUNT_HALT2 6main(){ pthread_t thread1, thread2; //创建两个线程并设置入口函数 pthread_create( &thread1, NULL, &functionCount1, NULL); pthread_create( &thread2, NULL, &functionCount2, NULL); //等待两个线程结束 pthread_join( thread1, NULL); pthread_join( thread2, NULL); printf("Final count: %d\n",count); exit(0);}// 根据函数functionCount2()设置的条件变量，来写数字1-3和8-10void *functionCount1(){ for(;;) { // Lock mutex and then wait for signal to relase mutex pthread_mutex_lock( &count_mutex ); //解锁count_mutex，并等条件变量的发生 pthread_cond_wait( &condition_var, &count_mutex ); count++; printf("Counter value functionCount1: %d\n",count); pthread_mutex_unlock( &count_mutex ); if(count >= COUNT_DONE) return(NULL); }}// 写数字4-7void *functionCount2(){ for(;;) { pthread_mutex_lock( &count_mutex ); if( count < COUNT_HALT1 || count > COUNT_HALT2 ) { //条件满足，给等待的线程发信号，并且释放锁 pthread_cond_signal( &condition_var ); } else { count++; printf("Counter value functionCount2: %d\n",count); } pthread_mutex_unlock( &count_mutex ); if(count >= COUNT_DONE) return(NULL); }}
编译：cc -pthread cond1.c or cc -lpthread cond1.c
运行结果：Counter value functionCount1: 1Counter value functionCount1: 2Counter value functionCount1: 3Counter value functionCount2: 4Counter value functionCount2: 5Counter value functionCount2: 6Counter value functionCount2: 7Counter value functionCount1: 8Counter value functionCount1: 9Counter value functionCount1: 10Final count: 10线程陷阱
1. 条件竞争：在多线程环境中，可能代码的执行顺序不是按照书写的顺序执行，由于操作系统的调度，各个线程的执行顺序不同，并且各个线程执行的速度也不同，会导致不可预期的结果。
2. 线程安全代码：对于静态变量和全局变量的访问必须要加锁，禁止使用不可重入的函数。如strtok函数，要使用线程安全的函数strtok_r.
3. 线程死锁：当使用两把或更多把锁的时候要防止死锁。可以使用下面的方法来防止死锁。
...pthread_mutex_lock(&mutex_1);while ( pthread_mutex_trylock(&mutex_2) ) /* Test if already locked */{ pthread_mutex_unlock(&mutex_1); /* Free resource to avoid deadlock */ ... /* stall here */ ... pthread_mutex_lock(&mutex_1);}count++;pthread_mutex_unlock(&mutex_1);pthread_mutex_unlock(&mutex_2);...
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