linux下的多线程编程备忘

最新推荐文章于 2022-05-07 10:54:05 发布

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本文介绍了Linux下的多线程编程技巧，包括线程创建、互斥锁与条件变量的使用。通过具体示例展示了如何利用pthread库进行高效开发。

参考资料：

Linux 的多线程编程的高效开发经验

linux多线程编程，你还在用sleep么？用pthread_cond_timedwait吧

Linux多线程编程（不限Linux）

Linux下多线程开发API

a.对线程进行操作的API

 
  1 
  #include <pthread.h>
  
 
  2 
  int
  pthread_create(
  pthread_t
  *
  tid
  ,
  const
  pthread_attr_t
  *
  attr
  ,
  void
  *(
  *
  func) (
  void
  *
  ),
  void
  *
  arg);
  
 
  3 
  int
  pthread_join (
  pthread_t
  tid
  ,
  void
  **
  status);
  
 
  4 
  pthread_t
  pthread_self (
  void);
  
 
  5 
  int
  pthread_detach (
  pthread_t
  tid);
  
 
  6 
  void
  pthread_exit (
  void
  *
  status);
  
 
 

pthread_create用于创建一个线程，成功返回0，否则返回Exxx（为正数）。

pthread_t *tid：线程id的类型为pthread_t，通常为无符号整型，当调用pthread_create成功时，通过*tid指针返回。
const pthread_attr_t *attr：指定创建线程的属性，如线程优先级、初始栈大小、是否为守护进程等。可以使用NULL来使用默认值，通常情况下我们都是使用默认值。
void *(*func) (void *)：函数指针func，指定当新的线程创建之后，将执行的函数。
void *arg：线程将执行的函数的参数。如果想传递多个参数，请将它们封装在一个结构体中。

pthread_join用于等待某个线程退出，成功返回0，否则返回Exxx（为正数）。

pthread_t tid：指定要等待的线程ID
void ** status：如果不为NULL，那么线程的返回值存储在status指向的空间中（这就是为什么status是二级指针的原因！这种才参数也称为“值-结果”参数）。

pthread_self用于返回当前线程的ID。

pthread_detach用于是指定线程变为分离状态，就像进程脱离终端而变为后台进程类似。成功返回0，否则返回Exxx（为正数）。变为分离状态的线程，如果线程退出，它的所有资源将全部释放。而如果不是分离状态，线程必须保留它的线程ID，退出状态直到其它线程对它调用了pthread_join。

pthread_exit用于终止线程，可以指定返回值，以便其他线程通过pthread_join函数获取该线程的返回值。

void *status：指针线程终止的返回值。

b.对互斥锁的操作

#include <pthread.h> 
pthread_cond_wait用于等待某个特定的条件为真，pthread_cond_signal用于通知阻塞的线程某个特定的条件为真了。在调用者两个函数之前需要声明一个pthread_cond_t类型的变量，用于这两个函数的参数。
为什么条件变量始终与互斥锁一起使用，对条件的测试是在互斥锁（互斥）的保护下进行的呢？因为“某个特性条件”通常是在多个线程之间共享的某个变量。互斥锁允许这个变量可以在不同的线程中设置和检测。
通常，pthread_cond_wait只是唤醒等待某个条件变量的一个线程。如果需要唤醒所有等待某个条件变量的线程，需要调用：
   
    int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t * cptr);
   
默认情况下面，阻塞的线程会一直等待，知道某个条件变量为真。如果想设置最大的阻塞时间可以调用：
   
    int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t * cptr, pthread_mutex_t *mptr, const struct timespec *abstime);
   
如果时间到了，条件变量还没有为真，仍然返回，返回值为ETIME。
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t * mptr); 
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mptr);

在对临界资源进行操作之前需要 pthread_mutex_lock 先加锁，操作完之后 pthread_mutex_unlock 再解锁。而且在这之前需要声明一个 pthread_mutex_t 类型的变量，用作前面两个函数的参数
c.对条件变量的操作

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr); 
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr);

int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t * cptr);
int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t * cptr, pthread_mutex_t *mptr, const struct timespec *abstime);
pthread_cond_wait用于等待某个特定的条件为真，pthread_cond_signal用于通知阻塞的线程某个特定的条件为真了。在调用者两个函数之前需要声明一个pthread_cond_t类型的变量，用于这两个函数的参数。
为什么条件变量始终与互斥锁一起使用，对条件的测试是在互斥锁（互斥）的保护下进行的呢？因为“某个特性条件”通常是在多个线程之间共享的某个变量。互斥锁允许这个变量可以在不同的线程中设置和检测。
通常，pthread_cond_wait只是唤醒等待某个条件变量的一个线程。如果需要唤醒所有等待某个条件变量的线程，需要调用：
    
     int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t * cptr);
    
默认情况下面，阻塞的线程会一直等待，知道某个条件变量为真。如果想设置最大的阻塞时间可以调用：
    
     int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t * cptr, pthread_mutex_t *mptr, const struct timespec *abstime);
    
如果时间到了，条件变量还没有为真，仍然返回，返回值为ETIME。

使用条件变量可以以原子方式阻塞线程，直到某个特定条件为真为止。条件变量始终与互斥锁一起使用。对条件的测试是在互斥锁（互斥）的保护下进行的。
如果条件为假，线程通常会基于条件变量阻塞，并以原子方式释放等待条件变化的互斥锁。如果另一个线程更改了条件，该线程可能会向相关的条件变量发出信号，从而使一个或多个等待的线程执行以下操作：
   唤醒
再次获取互斥锁
重新评估条件
在以下情况下，条件变量可用于在进程之间同步线程：
   线程是在可以写入的内存中分配的
内存由协作进程共享
当pthread_cond_timedwait()被调用时，调用线程必须已经锁住了mutex。函数pthread_cond_timedwait()会对mutex进行【解锁和执行对条件的等待】（原子操作）。这里的原子意味着：解锁和执行条件的等待是原则的，一体的。（In this case, atomically means with respect to the mutex and the condition variable and other access by threads to those objects through the pthread condition variable interfaces.）
如果等待条件满足或超时，或线程被取消，调用线程需要在线程继续执行前先自动锁住mutex，如果没有锁住mutex，产生EPERM错误。即，该函数返回时，mutex已经被调用线程锁住。

即：

pthread_cond_t条件变量必须与互斥锁一起使用，调用pthread_cond_wait系列时，其会自动解锁mutex并执行条件等待（原子操作），而在条件满足或超时等其他原因线程可以继续执行时，会在线程执行前先锁住mutex然后该函数才返回。

在线程等待条件变量时，mutex实际上是处于解锁状态的

当然了，比较悲剧的是，若没锁住则会返回EPERM

下面摘一下别人的例子，我试着编译运行了下，确实如此。。。

       #include <stdio.h>
      
       #include <sys/time.h>
      
       #include <unistd.h>
      
       #include <pthread.h>
      
       #include <errno.h>
      
       pthread_t 
       thread
       ;
      
       pthread_cond_t cond;
      
       pthread_mutex_t mutex;
      
       int 
       flag = 1;
      
       void 
       * thr_fn(
       void 
       * arg) {
      
       struct 
       timeval now;
      
       struct 
       timespec outtime;
      
       pthread_mutex_lock(&mutex);
      
       while 
       (flag) {
      
       printf
       (
       ".\n"
       );
      
       gettimeofday(&now, NULL);
      
       outtime.tv_sec = now.tv_sec + 5;
      
       outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;
      
       pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);
      
       }
      
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
      
       printf
       (
       "thread exit\n"
       );
      
       }
      
       int 
       main() {
      
       pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
      
       pthread_cond_init(&cond, NULL);
      
       if 
       (0 != pthread_create(&
       thread
       , NULL, thr_fn, NULL)) {
      
       printf
       (
       "error when create pthread,%d\n"
       , 
       errno
       );
      
       return 
       1;
      
       }
      
       char 
       c ;
      
       while 
       ((c = 
       getchar
       ()) != 
       'q'
       );
      
       printf
       (
       "Now terminate the thread!\n"
       );
      
       flag = 0;
      
       pthread_mutex_lock(&mutex);
      
       pthread_cond_signal(&cond);
      
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
      
       printf
       (
       "Wait for thread to exit\n"
       );
      
       pthread_join(
       thread
       , NULL);
      
       printf
       (
       "Bye\n"
       );
      
       return 
       0;
      
       }