Apue学习：线程

线程标识

#include <pthread.h>int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);pthread_t pthread_self(void);

线程创建

Unix中进程起始时只有一个master threads，除非使用pthread_create来创建更多的线程。

#include <pthread.h>int phread_create(pthread_t *restrict tidp,                  const pthread_attr_t *restrict attr,                  void *(*start_rtn)(void *),                  void *restrict arg);                  //成功返回0，出错返回错误编码

说明：
注意tidp保存的是线程标识符，线程的属性有attr指定，或者用NULL表示使用默认属性，线程创建后从start_rtn开始执行，start_rtn只有一个void *参数，用arg表示。

注意：

• 当一个线程创建之后，线程有权限使用进程空间，以及会继承calling thread的floating-point
  environment以及signal mask，但是pending
  signals会被清除。即，如果在A线程中创建B线程，那么B线程会继承A线程的signal mask，但是B线程的peding
  signal会被清空。
  pthread的出错方式是返回一个错误代码，并不是设置环境变量errno
• 使用pthread_create时的注意事项：
  并不是在pthread_create返回之后，新线程才去运行，而是一旦新线程创建完毕，那么就是新线程与其他线程就会去进程cpu，谁拿到了，谁就去执行。而在pthread_create函数体类，新线程就别创建完毕了，这样新线程就可能会去执行，而此时ntid却还没有别初始化完毕，所以在新线程中我们使用了pthread_self来获取新新线程的id，而没有用tid。

线程终止

终止方式

线程终止的方式主要有3种：
1.从线程中return
2.线程被其他线程取消
3.线程中调用pthrea_exit

另外需要注意的是，在任意一个进程中的线程里面调用eixt(),_exit()都会造成该进程的终止。

pthread_exit函数与pthread_join函数

#include <pthread.h>void pthread_exit(void *rval_ptr);int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);

说明：
pthread_exit与pthrea_join

• 1.如果在A线程中创建了B线程，B线程没有被分离，那么B线程就相当于A线程的子线程，在B线程调用pthread_exit()后，A线程可以调用pthread_join函数来获得B线程的一些情况。
• 2.如果B线程被分离出去，那么A线程调用pthread_join就会返回EINVAL。
• 3.如果线程是被取消的，那么pthread_join中的rval_ptr所指向的内存地址所指向的内容就被设置为PTHREAD_CANCELED.
• 4.pthread_join会阻塞线程，直到指定线程退出

注意点：

• 注意的是pthread_exit(void *rval_ptr)，这个值是一个rval_ptr，在线程调用这个函数后，rval_ptr就会指向一个内存地址。 而在另一个线程中调用pthread_join(pthrea_d thtrea, void
  **rval_ptr)，rval_ptr所指向的就是rval_ptr指向的内容。 所以若果一个线程在退出后想要返回一些信息，那么这个信息最好不要在线程的栈空间中保留，最好使用malloc把信息保存在堆中，这样这些信息就不会随着线程的退出而无效。
• 另外需要注意的是一个线程调用pthread_exit()，那么线程退出后，就会调用线程的退出清理函数，类似于进程的atexit()所注册的函数。而在线程的启动例程中调用return就不会调用线程的退出清理函数。

pthread_cancel函数

int pthread_cancel(pthread_t tid)

表明我这个线程想要取消tid这个线程。注意只是表示我想要取消，我并不会等到线程真正取消。

pthread_cleanup_push/pop

void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);void pthread_cleanup_pop(int execute);

说明：
作用类似于atexit()
注意：
rtn函数只有在3中情况下会执行：
1.线程调用pthread_exit
2.线程响应别的线程的取消操作
3.使用pthread_cleanup_pop，并且pexecute的参数非0
4.push 与 pop要成对出现

解释：
1.如果execute参数为0，那么就pthread_cleanup_pop函数就什么都不做。
2.如果线程是从主例程中使用return返回，那么就不会执行rtn。主例程指的是创建时使用的start_fun。所以想要执行清理函数要使用pthread_exit。

注意点：
默认情况下，线程的终止状态会保持到我们调用pthread_join。但是如果线程是处于分离状态，那么线程的终止状态会被立即取回。pthread_join并不能作用于一个处于分离状态的线程，这样做会导致pthread_join返回错误。

线程同步

1.互斥量

互斥锁：
互斥锁指的是当我们访问共享内容时，我们先上个锁，在访问结束之后再解开锁。如果我们访问共享内容时，这个共享内容已经被上锁了，我们就会被阻塞起来，直到有个线程释放了这个锁，并且唤醒的是我们。

#include <pthread.h>int pthread_mutex_init(pthread *restrict mutex,                       const pthread_mutexattr_t *restrict attr);int pthread_mutex_destroy(phtread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);int phtread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

互斥锁的操作，注意trylock不会造成阻塞，而lock会造成阻塞。

2.避免死锁

解决死锁的思路：
1.资源有序加锁
2.使用pthread_mutex_trylock,成功的时候使用lock，不成功就放弃自己已经获得的锁，然后等一会之后重新开始加锁。

pthread_mutex_timedlock

类似于lock，但是指定了我们可以锁住的时间是多少，到时间就会返回ETIMEOUT并且释放自己的锁。

4.读写锁

说明：
读写锁：
一共有三种状态：
1.写锁状态
2.读锁状态
3.没有锁状态

写锁状态下，要想再加锁就会被阻塞住，无论你是想加读锁，还是想加写锁。在读锁状态下，你可以加读锁，并且不会被阻塞，但是如果你想加写锁，你就会被锁住。
注意如果在读锁模式下，你加了写锁，只能等待前面加上读锁的线程都释放自己的锁之后，才可以加上写锁。但是你表明自己想要加写锁之后，后面的线程想加读锁的话就会被阻塞住。

读写锁适合那些读操作频繁的程序。

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int phtread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

类似于互斥量的try。
注意当锁是可以获得的时候，返回0。否则返回错误代码EBUSY。

5.条件变量

#include <pthread.h>int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,                      pthread_condattr_t *restrict attr);int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_wait(pthread_cont_t *restrict cond,                      pthread_mutex_t *restrict mutex,                      const struct timespec *restrict timeout);int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

说明：

• 条件变量要用mutex来保护。
  使用过程是：一个线程首先锁定互斥量mutex，然后调用pthread_cond_wait()，这个函数有一个原子操作，即先解锁，再把本线程挂起到等待队列中。（之所以是先解锁，是因为挂起之后就不能占用cpu操作了。）注意到为什么是原子操作，在于我们先解锁了，所以防止解锁后，条件有改变，而我们却没有捕获到这个改变，所以要用原子操作。线程被阻塞后就要等待别人的线程让条件为真然后唤醒本线程。
  这个函数返回之后，mutex会再次被锁住。
• 可以使用signal和broadcast唤醒等待条件变量cond的线程。 signal唤醒至少一个。 broadcast唤醒所有。

注意点：
注意因为signal与broadcast都有可能唤起多个线程，所有可能一个线程使用了之后，造成条件的再一次不满足，这时就需要再次使用这个函数了。、

例子：

自旋锁

自旋锁会出现忙等，但是不会阻塞。

屏障

屏障允许线程等待，知道所有相关的线程到达了同一点，然后线程各自继续执行。

int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier,const pthread_barrierattr_t *restrict attr,unsigned int count);int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);

说明：
count指定了有多少个线程要达到这个屏障，才可以进行下一步工作。

pthread_barrier_wait

int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);

说明：
如果一个线程调用了pthread_barrier_wait之后：
1.如果等待在这个屏障上的线程的个数还没有到达count，那么这个线程会被阻塞。
2.如果在调用之后，count个数到达了，那么所有的线程都会被唤醒。

注意：

• 注意只有一个线程会在返回时获得的返回值为:PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD，这个线程就相等于是一个主线程来处理所有线程处理的结果。
  pthread_join就是一个屏障的简单例子
• 另外要注意的是： 当barrier count到达了，并且所有线程都被解除阻塞，那么barrier就可以被重用了。但是barrier
  count并不可以修改，除非你调用了pthread_barrier_destroy函数，然后在使用init。

总结

线程是一个很重要的概念，他可以提供并发程度。线程可以看成是一个轻量级的进程。在程序开始运行是只有一个主线程，我们可以在线程中创建多个线程，但是注意一个进程可以创建的线程是有上线的。
另外需要注意的线程退出时的一些情况。例如什么时候会执行退出线程清理函数。在线程中调用exit()会怎么样。线程与线程之间的关系，线程与进程之间的关系。
另一部分就是线程同步问题了：主要有互斥量，读写锁，自旋锁，条件变量，屏障。注意死锁问题，已经解决办法。知道同步方法使用的情况有哪些。

另外在这章中看到了指针的另一种用法，注意指针是一个对象，他本身就是相当于一个整形值，我们只是在声明的时候表示这个对象指向的是什么类型。所以可以灵活运用void *。指针之间的比较其实比较的是这两个指针是否指向同一个地址。

参考

POSIX多线程程序设计