Linux基础之多线程编程初探（一）

Love小羽

已于 2023-02-18 18:01:43 修改

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文章标签： c语言 linux

于 2022-12-18 19:01:52 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/l_z_y_000/article/details/128355418

本文介绍了Linux系统中多线程编程的基础知识，包括进程与线程的概念、线程的优点，以及线程与进程的区别。重点讲解了与线程创建、退出和等待相关的API：pthread_create()、pthread_exit()和pthread_join()，并提供了代码实战示例。

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（1）pthread_create()函数：线程创建

（2）pthread_exit()函数：线程退出

（3）pthread_join()函数：线程等待

一、什么是进程：

进程是程序执行时的一个实例，是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位，还是线程的容器

二、什么是线程：

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务

三、使用线程的理由（线程的优点）：

（1）进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间（同一进程内的线程共享进程的地址空间）。

（2）和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式，运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间

（3）线程间方便的通信机制，一个线程的数据可以直接为其它线程所用。

四、线程和进程的区别：

第一种方法：

一个进程在运行的时候，要给他分配内存，要维护它的数据段和代码段以及堆栈等等，而线程是跟进程共享这些东西，开辟多个线程不会分配新的内存，和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。

第二种方法：

1.根本区别：进程是操作系统进行资源分配的最小单元，线程是操作系统进行运算调度的最小单元。

2.从属关系不同：进程中包含了线程，线程属于进程。

3.开销不同：进程的创建、销毁和切换的开销都远大于线程。

4.拥有资源不同：每个进程有自己的内存和资源，一个进程中的线程会共享这些内存和资源。

5.控制和影响能力不同：子进程无法影响父进程，而子线程可以影响父线程，如果主线程发生异常会影响其所在进程和子线程。

6.CPU利用率不同：进程的CPU利用率较低，因为上下文切换开销较大，而线程的CPU的利用率较高，上下文的切换速度快。

7.操纵者不同：进程的操纵者一般是操作系统，线程的操纵者一般是编程人员。

五、与线程自身相关的API

（1）pthread_create()函数：线程创建

#include <pthread.h>
 
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);


pthread_t *thread：                 pthread是一个指针参数，传出线程ID
const pthread_attr_t *attr：        用于指定线程属性，传入NULL表示使用默认属性
void *(*start_routine) (void *)：   是个函数指针，是线程的主控函数
void *arg：                         是第三个函数的参数，要强制转换成泛型（void*）然后进行值 
                                    传递即可，不能传递地址

返回值：若成功返回0，否则返回错误编号

注意：创建线程之后，有可能创建它的进程先退出了，那么；进程的存储空间将被回收，线程也就无法执行了。

（2）pthread_exit()函数：线程退出

#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);

void *retval：    retval表示线程的退出值，我们必须将该参数强转为泛型void*

（3）pthread_join()函数：线程等待

#include <pthread.h>

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

pthread_t thread：  thread是我们要等待退出的线程的线程ID
void **retval：     retval是传出参数，用于获取线程的退出值，即，pthread_exit里的那个参数

在使用该函数时要注意retval参数：

（1） 一定要用void**强制转换为泛型指针

（2）该函数是将pthread_exit里的退出值 复制到 retval所指向的位置。

（3）该参数可以置为NULL，表示不需要获取线程退出值。

创建一个线程代码实战

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

void *func1(void *arg){

        static int ret = 10;       //一定要加static,不加的话，线程的返回值将不知道会返回什么
        printf("t1:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());  //打印线程ID号
        printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));            //取param参数的值
        pthread_exit((void *)&ret);                          //线程退出
}
int main(){

        int ret;
        int param = 100;
        pthread_t t1;
        int *pret;

        ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param); //创建一个线程
        if(ret == 0){
                printf("main:pthread_create success\n");
        }
        printf("mian:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());
        pthread_join(t1,(void **)&pret);           //线程等待，等待线程退出的返回值传给pret
        printf("main: t1 quit:%d\n",*pret);
        return 0;
}

执行结果：

线程共享内存空间的代码验证

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

int g_data = 0;
//int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);

void *func1(void *arg){
	
	static int ret = 10;

	printf("t1:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());
	printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
	while(1){
		printf("t1:%d\n",g_data++);
		sleep(1);
	}
	pthread_exit((void *)&ret);
}

void *func2(void *arg){

        static int ret = 10;

        printf("t2:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());
        printf("t2:param is %d\n",*((int *)arg));
	while(1){
                printf("t1:%d\n",g_data++);
                sleep(1);
        }

        pthread_exit((void *)&ret);
}


int main(){
	
	int ret;
	int param = 100;
	pthread_t t1;
	pthread_t t2;

	int *pret;

	ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
	if(ret == 0){
		printf("main:pthread_create success\n");
	}

	ret = pthread_create(&t2,NULL,func1,(void *)&param);
        if(ret == 0){
                printf("main:pthread_create success\n");
        }

	printf("mian:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());
	while(1){

                printf("main:%d\n",g_data++);
                sleep(1);
        }

	pthread_join(t1,(void **)&pret);
	pthread_join(t2,(void **)&pret);

	printf("main: t1 quit:%d\n",*pret);
	printf("main: t2 quit:%d\n",*pret);
	return 0;
}

执行结果：