详谈多线程

前些天驱动搞的有点头大，今天我们来放松放松，我们来讲讲应用编程这边，我们来讲讲多线程：

我们先来讲讲为什么要引入多线程：

在编写代码时，是否会遇到以下的场景会感觉到难以下手？

要做2件事，一件需要阻塞等待，另一件需要实时进行。例如播放器：一边 在屏幕上播放视频，一边在等待用户的按键操作。如果使用单线程的话，程序必 须一会查询有无按键，一会播放视频。查询按键太久，就会导致视频播放卡顿；视频播放太久，就无法及时响应用户的操作。并且查询按键和播放视频的代码混杂在一起，代码丑陋。 如果使用多线程，线程1单独处理按键，线程2单独处理播放，可以完美解决上述问题。

对于进程而言，每一个进程都有一个唯一对应的PID号来表示该进程，而对 于线程而言，也有一个“类似于进程的 PID 号”，名为 tid，其本质是一个 pthread_t 类型的变量。线程号与进程号是表示线程和进程的唯一标识，但是对 于线程号而言，其仅仅在其所属的进程上下文中才有意义。

在程序中，可以通过函数pthread_self，来返回当前线程的线程号，例程 1 给出了打印线程tid号。

测试例程1：（Phtread_txex1.c）

注意：因采用POSIX线程接口，故在要编译的时候包含pthread库，使用gcc 编译应gcc xxx.c -lpthread 方可编译多线程程序。 编译结果：

下面我们来看看线程创建：

怎么创建线程呢？使用pthread_create函数：

⚫ 该函数第一个参数为pthread_t指针，用来保存新建线程的线程号；

⚫ 第二个参数表示了线程的属性，一般传入NULL表示默认属性；

⚫ 第三个参数是一个函数指针，就是线程执行的函数。这个函数返回值为void*， 形参为void*。 ⚫ 第四个参数则表示为向线程处理函数传入的参数，若不传入，可用NULL填充， 有关线程传参后续小节会有详细的说明，接下来通过一个简单例程来使用该函数 创建出一个线程。

测试例程2：（Phtread_txex2.c）

运行结果：

通过pthread_create确实可以创建出来线程，主线程中执行 pthread_create后的tid指向了线程号空间，与子线程通过函数 pthread_self打印出来的线程号一致。 特别说明的是，当主线程伴随进程结束时，所创建出来的线程也会立即结束， 不会继续执行。并且创建出来的线程的执行顺序是随机竞争的，并不能保证哪一 个线程会先运行。可以将上述代码中sleep函数进行注释，观察实验现象。

去掉上述代码25行后运行结果：

上述运行代码3次，其中有2次被进程结束，无法执行到子线程的逻辑，最后一 次则执行到了子线程逻辑后结束的进程。如此可以说明，线程的执行顺序不受控 制，且整个进程结束后所产生的线程也随之被释放，在后续内容中将会描述如何 控制线程执行。

下面我们来试试向线程传入参数：

pthread_create()的最后一个参数的为void*类型的数据，表示可以向线 程传递一个void*数据类型的参数，线程的回调函数中可以获取该参数，例程3 举例了如何向线程传入变量地址与变量值。

运行结果：

本例程展示了如何利用线程创建函数的第四个参数向线程传入数据，举例了 如何以地址的方式传入值、以变量的方式传入值，例程代码的21行，是将变量 a先行取地址后，再次强制类型转化为void*后传入线程，线程处理的回调函数 中，先将万能指针void*转化为int*，再次取地址就可以获得该地址变量的值， 其本质在于地址的传递。例程代码的27行，直接将int类型的变量强制转化为 void*进行传递（针对不同位数机器，指针对其字数不同，需要int转化为long 在转指针，否则可能会发生警告），在线程处理回调函数中，直接将void*数据转化为int类型即可，本质上是在传递变量a的值。 上述两种方法均可得到所要的值，但是要注意其本质，一个为地址传递，一 个为值的传递。当变量发生改变时候，传递地址后，该地址所对应的变量也会发 生改变，但传入变量值的时候，即使地址指针所指的变量发生变化，但传入的为 变量值，不会受到指针的指向的影响，实际项目中切记两者之间的区别。

上述例程讲述了如何向线程传递一个参数，在处理实际项目中，往往会遇到 传递多个参数的问题，我们可以通过结构体来进行传递，解决此问题。

接着来看看线程的退出与回收：

线程的退出情况有三种：第一种是进程结束，进程中所有的线程也会随之结 束。第二种是通过函数pthread_exit来主动的退出线程。第三种被其他线程调 用pthread_cancel 来被动退出。当线程结束后，主线程可以通过函数pthread_join/pthread_tryjoin_np 来回收线程的资源，并且获得线程结束后需要返回的数据。

线程主动退出：

pthread_exit 函数原型如下：

线程被动退出

pthread_cancel 函数原型如下：

该函数传入一个tid号，会强制退出该tid所指向的线程，若成功执行会返回0。

线程资源回收(阻塞方式)

pthread_join 函数原型如下：

该函数为线程回收函数，默认状态为阻塞状态，直到成功回收线程后才返回。第一个参数为要回收线程的tid号，第二个参数为线程回收后接受线程传出的数据。

线程资源回收(非阻塞方式)

pthread_tryjoin_np函数原型如下：

该函数为非阻塞模式回收函数，通过返回值判断是否回收掉线程，成功回 收则返回0，其余参数与pthread_join一致。

前面的话，大概讲了一下线程的一些基础知识，下面我们来看看重点的，我们来看看在使用线程去访问临界资源时需要做的保护：

多线程编临界资源访问：

当线程在运行过程中，去操作公共资源，如全局变量的时候，可能会发生彼 此“矛盾”现象。例如线程1企图想让变量自增，而线程2企图想要变量自减， 两个线程存在互相竞争的关系导致变量永远处于一个“平衡状态”，两个线程互相竞争，线程1得到执行权后将变量自加，当线程2得到执行权后将变量自减， 变量似乎永远在某个范围内浮动，无法到达期望数值，如例程9所示。

运行结果：

为了解决上述对临界资源的竞争问题，pthread线程引出了互斥锁来解决临 界资源访问。通过对临界资源加锁来保护资源只被单个线程操作，待操作结束后 解锁，其余线程才可获得操作权。

因为这里是应用编程来着，只会去讲那些API接口，只需要知道怎么去用就行，如果想知道内部，我们前面在驱动那边也讲过锁和信号量这些(doge.)，时不时温故而知新，何不美哉

互斥锁API简述

多个线程都要访问某个临界资源，比如某个全局变量时，需要互斥地访问： 我访问时，你不能访问。 可以使用以下函数进行互斥操作。

初始化互斥量

函数原型如下：

该函数初始化一个互斥量，第一个参数是改互斥量指针，第二个参数为控制 互斥量的属性，一般为NULL。当函数成功后会返回0，代表初始化互斥量成功。 当然初始化互斥量也可以调用宏来快速初始化，代码如下：

互斥量加锁/解锁

函数原型如下：

lock 函数与unlock函数分别为加锁解锁函数，只需要传入已经初始化好的 pthread_mutex_t 互斥量指针。成功后会返回0。

当某一个线程获得了执行权后，执行lock函数，一旦加锁成功后，其余线程遇到lock 函数时候会发生阻塞，直至获取资源的线程执行unlock函数后。 unlock 函数会唤醒其他正在等待互斥量的线程。

特别注意的是，当获取lock之后，必须在逻辑处理结束后执行unlock，否则会发生死锁现象！导致其余线程一直处于阻塞状态，无法执行下去。在使用互斥量的时候，尤其要注意使用pthread_cancel函数，防止发生死锁现象！

互斥量加锁(非阻塞方式)

函数原型如下：

该函数同样也是一个线程加锁函数，但该函数是非阻塞模式通过返回值来 判断是否加锁成功，用法与上述阻塞加锁函数一致。

互斥量销毁(非阻塞方式)

函数原型如下：

该函数是用于销毁互斥量的，传入互斥量的指针，就可以完成互斥量的销 毁，成功返回0。

测试例程10：（Phtread_txex10.c）

上述例程通过加入互斥量，保证了临界变量某一时刻只被某一线程控制， 实现了临界资源的控制。需要说明的是，线程加锁在循环内与循环外的情况。 本历程在进入while循环前进行了加锁操作，在循环结束后进行的解锁操作， 如果将加锁解锁全部放入while循环内，作为单核的机器，执行结果无异，当 有多核机器执行代码时，可能会发生“抢锁”现象，这取决于操作系统底层的实现。

多线程编执行顺序控制

解决了临界资源的访问，但似乎对线程的执行顺序无法得到控制，因线程 都是无序执行，之前采用sleep强行延时的方法勉强可以控制执行顺序，但此 方法在实际项目情况往往是不可取的，其仅仅可解决线程创建的顺序，当创建之后执行的顺序又不会受到控制，于是便引入了信号量的概念，解决线程执行顺序。

文章篇幅有点长了，我们下一篇来讲讲信号量，完结，撒花(doge.)