干貨！一文看懂Linux多線程編程

1、線程與多線程的定義

線程存在于進(jìn)程當(dāng)中，是操作系統(tǒng)調(diào)度執(zhí)行的最小單位。說(shuō)通俗點(diǎn)線程就是干活，多線程也就是同時(shí)可以干不同的活而且還不會(huì)互相打擾，線程并沒(méi)有自己的獨(dú)立空間。

2、進(jìn)程與線程的區(qū)別與聯(lián)系

如果說(shuō)進(jìn)程是一個(gè)資源管家，負(fù)責(zé)從主人那里要資源的話(huà)，那么線程就是干活的苦力。一個(gè)管家必須完成一項(xiàng)工作，就需要最少一個(gè)苦力，也就是說(shuō)，一個(gè)進(jìn)程最少包含一個(gè)線程，也可以包含多個(gè)線程?？嗔σ苫?，就需要依托于管家，所以說(shuō)一個(gè)線程，必須屬于某一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程有自己的地址空間，線程使用進(jìn)程的地址空間，也就是說(shuō)，進(jìn)程里的資源，線程都是有權(quán)訪問(wèn)的，比如說(shuō)堆啊，棧啊，靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)什么的。

線程就是個(gè)無(wú)產(chǎn)階級(jí)，但無(wú)產(chǎn)階級(jí)干活，總得有自己的勞動(dòng)工具吧，這個(gè)勞動(dòng)工具就是棧，線程有自己的棧，這個(gè)棧仍然是使用進(jìn)程的地址空間，只是這塊空間被線程標(biāo)記為了棧。每個(gè)線程都會(huì)有自己私有的棧，這個(gè)棧是不可以被其他線程所訪問(wèn)的。

從上面我們知道了進(jìn)程和線程區(qū)別，使用多線程首先是要和進(jìn)程相對(duì)比，它是一種非常便捷的多任務(wù)操作方式；我們知道，在Linux系統(tǒng)下，啟動(dòng)一個(gè)新的進(jìn)程必須分配給它獨(dú)立的地址空間，建立眾多的數(shù)據(jù)表來(lái)維護(hù)它的代碼段、堆棧段和數(shù)據(jù)段，這是一種"昂貴"的多任務(wù)工作方式。而運(yùn)行于一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分?jǐn)?shù)據(jù)，啟動(dòng)一個(gè)線程所花費(fèi)的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程所花費(fèi)的空間，而且，線程間彼此切換所需的時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)程間切換所需要的時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，總的說(shuō)來(lái)，一個(gè)進(jìn)程的開(kāi)銷(xiāo)大約是一個(gè)線程開(kāi)銷(xiāo)的30倍左右，當(dāng)然，在具體的系統(tǒng)上，這個(gè)數(shù)據(jù)可能會(huì)有較大的區(qū)別。對(duì)不同進(jìn)程來(lái)說(shuō)，它們具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞只能通過(guò)通信的方式進(jìn)行，這種方式不僅費(fèi)時(shí)，而且很不方便。線程則不然，由于同一進(jìn)程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間，所以一個(gè)線程的數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。當(dāng)然，數(shù)據(jù)的共享也帶來(lái)其他一些問(wèn)題，有的變量不能同時(shí)被兩個(gè)線程所修改，有的子程序中聲明為static的數(shù)據(jù)更有可能給多線程程序帶來(lái)災(zāi)難性的打擊，這些正是編寫(xiě)多線程程序時(shí)最需要注意的地方。

線程操作相關(guān)的函數(shù)：

2.1、線程創(chuàng)建函數(shù)

int?pthread_create(pthread_t?*tid,?const?pthread_attr_t?*attr,?void?*(*func)?(void?*),?void?*arg);

參數(shù)說(shuō)明：

pthread_create用于創(chuàng)建一個(gè)線程，成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。

pthread_t?tid：線程id的類(lèi)型為pthread_t，通常為無(wú)符號(hào)整型，當(dāng)調(diào)用pthread_create成功時(shí)，通過(guò)tid指針?lè)祷亍?/p>

const pthread_attr_t *attr：指定創(chuàng)建線程的屬性，如線程優(yōu)先級(jí)、初始棧大小、是否為守護(hù)進(jìn)程等?？梢允褂肗ULL來(lái)使用默認(rèn)值，通常情況下我們都是使用默認(rèn)值。

void *(*func) (void *)：函數(shù)指針func，指定當(dāng)新的線程創(chuàng)建之后，將執(zhí)行的函數(shù)。

void *arg：線程將執(zhí)行的函數(shù)的參數(shù)。如果想傳遞多個(gè)參數(shù)，請(qǐng)將它們封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。

2.2、線程等待的函數(shù)

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

參數(shù)說(shuō)明：

pthread_join用于等待某個(gè)線程退出，成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。

pthread_t tid：指定要等待的線程ID。

void ** status：如果不為NULL，那么線程的返回值存儲(chǔ)在status指向的空間中（這就是為什么status是二級(jí)指針的原因！這種參數(shù)也稱(chēng)為“值-結(jié)果”參數(shù)）。

2.3、獲得線程自身的ID的函數(shù)

pthread_t?pthread_self?(void);

pthread_self用于返回當(dāng)前線程的ID。

2.4、線程分離的函數(shù)

int?pthread_detach?(pthread_t?tid);

pthread_detach用于指定線程變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，就像進(jìn)程脫離終端而變?yōu)楹笈_(tái)進(jìn)程類(lèi)似。成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。變?yōu)榉蛛x狀態(tài)的線程，如果線程退出，它的所有資源將全部釋放。而如果不是分離狀態(tài)，線程必須保留它的線程ID，退出狀態(tài)直到其它線程對(duì)它調(diào)用了pthread_join。

2.5、退出線程(終止線程)的函數(shù)

void?pthread_exit?(void?*status);

pthread_exit用于終止線程，可以指定返回值，以便其他線程通過(guò)pthread_join函數(shù)獲取該線程的返回值。

參數(shù)說(shuō)明：

void *status：指針線程終止的返回值。

Linux內(nèi)核只提供了輕量進(jìn)程的支持，限制了更高效的線程模型的實(shí)現(xiàn)，但Linux著重優(yōu)化了進(jìn)程的調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)，一定程度上彌補(bǔ)了這一缺陷。目前最為流行的線程機(jī)制LinuxThreads所采用的就是線程-進(jìn)程“一對(duì)一”模型，調(diào)度交給核心，而在用戶(hù)級(jí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)包括信號(hào)處理在內(nèi)的線程管理機(jī)制。

線程編程實(shí)例：pthread.c

#include?
#include?
#include?
#include?
#include?

void?*thread_1(void?*arg)
{
???printf("thread?one\n");
}
void?*thread_2(void?*arg)
{
???printf("thread?two\n");
}

int?main()
{
????int?ret?=?0;
????pthread_t?pid?=?0;
????pthread_t?pid1?=?0;
????//創(chuàng)建線程1
????ret?=?pthread_create(&pid,?NULL,?thread_1,?NULL);
????if(ret?????{
??????perror("pthread_create");
??????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????//創(chuàng)建線程2
????ret?=?pthread_create(&pid1,?NULL,?thread_2,?NULL);
????if(ret?????{
??????perror("pthread_create");
??????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????//等待線程退出
????pthread_join(pid,?NULL);
????pthread_join(pid1,?NULL);
????return?0;
}

注意，在gcc中，默認(rèn)是不包含線程相關(guān)的庫(kù)的，所以在編譯這個(gè)程序操作如下是會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的，如下圖所示: