进程、线程和进程间通信——线程的创建和回收

本文探讨了线程的基础知识,如进程与线程的区别、线程资源的共享与私有性,以及Linux线程库中的关键命令,如线程创建、结束、回收和参数传递。通过实例展示了如何利用pthread_create和pthread_join进行高效编程实践。

目录

一、线程基础知识

1.进程特点

2.线程的引用

3.线程特点

4.线程资源

(1)线程共享资源

(2)线程私有资源

5.Linux线程库

二、线程相关命令

1.线程创建 – pthread_create

2.线程结束 – pthread_exit

3.获取线程的id

4.线程间参数传递

5.线程回收 – pthread_join

6.线程分离


一、线程基础知识

1.进程特点

  • 进程有独立的地址空间
  • Linux为每个进程创建task_struct
  • 每个进程都参与内核调度,互不影响

 

2.线程的引用

  • 进程在切换时系统开销大
  • 很多操作系统引入了轻量级进程LWP
  • 同一进程中的线程共享相同地址空间
  • Linux不区分进程、线程

3.线程特点

通常线程指的是共享相同地址空间的多个任务

使用多线程的好处:

  • 大大提高了任务切换的效率
  • 避免了额外的TLB & cache的刷新

4.线程资源

(1)线程共享资源

一个进程中的多个线程共享以下资源:

  • 可执行的指令
  • 静态数据
  • 进程中打开的文件描述符
  • 当前工作目录
  • 用户ID
  • 用户组ID

(2)线程私有资源

每个线程私有的资源包括:

  • 线程ID (TID)
  • PC(程序计数器)和相关寄存器
  • 堆栈
  • 错误号 (errno)
  • 优先级
  • 执行状态和属性

5.Linux线程库

pthread线程库中提供了如下基本操作:

  • 创建线程
  • 回收线程
  • 结束线程

同步和互斥机制:

  • 信号量
  • 互斥锁

二、线程相关命令

1.线程创建 – pthread_create

 #include  <pthread.h>  

int  pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*routine)(void *), void *arg);

参数:

成功返回0,失败时返回错误码  

thread——线程对象  

attr ——线程属性,NULL代表默认属性  

routine ——线程执行的函数  

arg ——传递给routine的参数 ,参数是void * ,注意传递参数格式

示例代码:创建一个简单的线程。如果不加睡眠时间,可能导致主函数已经退出,而线程还没有创建和执行结束,这样线程里的内容就不会被执行

​
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int *testThread(char *arg)//线程执行函数
{
    printf("This is a thread test\n");//调用线程打印
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    int ret;
    ret = pthread_create(&tid,NULL,(void *)testThread,NULL);
    printf("This is main thread\n");
    sleep(1);//睡眠1s是为了让线程创建和执行结束
}

​

 注:编译时候加 -lpthread(动态链接库),否则会出现链接错误。

2.线程结束 – pthread_exit

#include  <pthread.h>  

void  pthread_exit(void *retval);

要点:

  • 结束当前线程  
  • retval   可被其他线程通过pthread_join获取 (后续线程的回收有讲解) 
  • 线程私有资源被释放

3.获取线程的id

(1)通过pthread_create函数的第一个参数

(2)通过在线程里面调用pthread_self函数

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);//再线程中调用,可以查看自己的TID

注:使用printf打印时,使用“%lu”打印(tid)pthread_t类型的值

4.线程间参数传递

 线程创建时:

pthread_create(pthread_t *thread, const  pthread_attr_t *attr, void *(*routine)(void *), void *arg);//arg ——传递给routine的参数 ,参数是void * ,注意传递参数格式

线程执行函数(routine):

void * testThread(void * arg)

 示例代码:通过取地址将int型的数值传给线程执行函数,注意里面arg的强制类型转换

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void *testThread(void *arg)
{
    printf("input arg=%d\n",*(int *)arg);
    pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int arg = 5;
    pthread_create(&tid,NULL,testThread,(void *)&arg); //将arg的值传给线程执行函数  
    sleep(1);
}

特点:效率低(如果不加睡眠时间可能导致主程序运行完,地址仍没传完)、不明朗,但不会有编译警告

示例代码:将int型的数值当成地址直接传给线程执行函数

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void *testThread(void *arg)
{
    printf("input arg=%d\n",(int)arg);
    pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int arg = 5;
    pthread_create(&tid,NULL,testThread,(void *)arg);  
    sleep(1);
}

特点:效率高,但是存在字节长度不够而数据丢失的风险,编译器会告警,需要程序员自己保证数据长度正确

5.线程回收 – pthread_join

 对于一个默认属性的线程 A 来说,线程占用的资源并不会因为执行结束而得到释放

 #include  <pthread.h>  

int  pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数:

  • 成功返回0,失败时返回错误码  
  • thread——要回收的线程对象  
  • 调用线程阻塞直到thread结束
  •  *retval——接收线程thread的返回值

示例代码:编写一个多线程程序,实现线程的回收(100个线程)

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void *func(void *arg)
{
    printf("This is child thread\n");
    sleep(25);
    pthread_exit("thread return");

}


int main()
{
    pthread_t tid[100];
    void *retv;
    int i;
    for(i = 0;i < 100;i++)
    {
        pthread_create(&tid[i],NULL,func,NULL);
    }
    for(i=0;i<100;i++)
    {
        pthread_join(tid[i],&retv);//线程回收
    }
    while(1)
    {    
        sleep(1);
    } 

}

线程回收演示:

ps -eLf      线程查看命令

 top  命令查看内存:

 回收前:

回收后:

特点:

pthread_join 是阻塞函数,如果回收的线程没有结束,则一直等待;故当建立多个线程时,若前面其中一个线程没有结束,则后续的线程就全部回收不了。

解决方法:被线程从进程中分离出来

6.线程分离

线程主动与主控线程断开关系,线程结束后不会产生僵尸线程(这样就不需要回收线程)。

方式一:在线程执行函数中调用pthead_detach函数

int pthread_detach(pthread_t thread);    

成功:0;失败:错误号

方式二:通过线程属性来设置游离态(分离态)

pthread_attr_t attr;          

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

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