【线程系列之一】pthread库常用接口介绍-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_40604302/article/details/140295066

一、线程

基本概念

线程（Thread）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。使用多线程主要是为了提高程序的执行效率和响应速度，因为线程之间可以共享进程的资源（如内存、文件句柄等），同时操作系统可以独立地调度线程的执行。

线程与进程的区别

地址空间： 进程拥有独立的地址空间，线程则共享进程的地址空间；
资源拥有： 进程拥有独立的资源，如内存空间、文件描述符等，而线程一般只拥有自己独立的栈（局部变量等）和线程控制块。
通信机制： 进程间通信（IPC）需要额外的通信机制，如管道、消息队列、共享内存等，而线程间通信相对简单，因为它们共享进程的内存空间。
系统开销： 由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。

线程常用的应用场景

服务器应用：在多线程服务器中，每个线程可以处理一个客户端请求，从而提高服务器的并发处理能力。
并行计算：在并行计算中，可以利用多线程来充分利用多核处理器的计算能力，加速计算过程。

Linux下的线程

在Linux下，通常使用POSIX线程库（pthread）来创建和管理线程。在多线程程序中，为了防止数据竞争和确保线程间的有序执行，需要实现线程同步。Linux提供了多种同步机制，如互斥锁（mutexes）、条件变量（condition variables）、信号量（semaphores）等。

下面将详细介绍pthread线程库中常用的接口及示例

二、pthread线程库介绍

Linux下运行pthread，需包含头文件 <pthread.h> ，且通过gcc编译时，则需要链接pthread库，命令行如下：

gcc your_program.c -o your_program -lpthread

2.1 线程创建

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

参数介绍：

thread ： 参数是一个输出型参数，用于获取创建成功的线程ID。
attr： 参数用于设置线程的属性，传入NULL表示使用默认属性。
start_routine：参数是一个函数地址，表示线程启动后要执行的函数。
arg：参数是传给线程例程的参数。
返回值： 线程创建成功返回0，失败则返回错误码。

2.2 线程等待

该函数是阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束，是为了确保资源得到释放，避免系统泄露。

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

参数介绍：

thread ： 等待线程的ID。
retval： 存储线程的返回值的位置。
返回值： 线程等待成功返回0，失败返回错误码。

2.3 线程ID的获取

线程ID是一个无符号长整型数。

pthread_t pthread_self(void);

也可通过调用getppid();和getpid();获取当前进程的父进程ID(PPID)和当前进程ID【包含头文件

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

2.4 线程的终止和退出

void pthread_exit(void *retval);

参数说明：

retval：线程退出时的退出码信息。

功能： 该函数允许线程独立终止，而不影响其他线程或整个进程。线程可以通过调用 pthread_exit 提前结束自己的执行，并传递一个退出码。

2.5 取消线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

该函数用于取消指定线程，可在任何地方被取消

POSIX的取消类型有两种：

PTHREAD_CANCEL_DEFERRED ：延时取消，即系统的默认类型，在线程到达取消点前，不会出现真正的取消；
PHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：异步取消，即线程可在任意时间取消。

三、示例

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

void* thread_func1(void* arg) {
    int n = 5;
    pthread_t id = pthread_self();
    pid_t pid = getpid();
    pid_t ppid = getppid();
    
    while (n--) {
        printf("线程消息：pid: %d, ppid：%d, thread1_id: %lu\n", pid, ppid, id);
        sleep(1);
    }
    
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t thread1;

    if (pthread_create(&thread1, NULL, thread_func1, NULL) != 0) {
        printf("创建线程失败\n");
        return -1;
    }

    printf("主线程消息:pid: %d, ppid：%d, thread1_id: %lu\n", getpid(), getppid(), pthread_self());

    pthread_join(thread1, NULL);

    return 0;
}