一、多线程简介
1、什么是线程?
线程在操作系统原理中是这样描述的:线程是进程的一条执行路径。线程在Unix系统下,通常被称为轻量级的进程,线程虽然不是进程,但却可以看作是Unix进程的表亲,所有的线程都是在同一进程空间运行,这也意味着多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。 一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。
2、主线程和子线程
一个进程创建后,会首先生成一个缺省的线程,通常称这个线程为主线程(或称控制线程),C/C++程序中,主线程就是通过main函数进入的线程,由主线程调用pthread_create()创建的线程称为子线程,子线程也可以有自己的入口函数,该函数由用户在创建的时候指定。每个线程都有自己的线程ID,可以通过pthread_self()函数获取。最常见的线程模型中,除主线程较为特殊之外,其他线程一旦被创建,相互之间就是对等关系,不存在隐含的层次关系。每个进程可创建的最大线程数由具体实现决定。
无论在windows中还是Posix中,主线程和子线程的默认关系是:无论子线程执行完毕与否,一旦主线程执行完毕退出,所有子线程执行都会终止。这时整个进程结束或僵死,部分线程保持一种终止执行但还未销毁的状态,而进程必须在其所有线程销毁后销毁,这时进程处于僵死状态。线程函数执行完毕退出,或以其他非常方式终止,线程进入终止态,但是为线程分配的系统资源不一定释放,可能在系统重启之前,一直都不能释放,终止态的线程,仍旧作为一个线程实体存在于操作系统中,什么时候销毁,取决于线程属性。在这种情况下,主线程和子线程通常定义以下两种关系:
- 可会合(joinable):这种关系下,主线程需要明确执行等待操作,在子线程结束后,主线程的等待操作执行完毕,子线程和主线程会合,这时主线程继续执行等待操作之后的下一步操作。主线程必须会合可会合的子线程。在主线程的线程函数内部调用子线程对象的wait函数实现,即使子线程能够在主线程之前执行完毕,进入终止态,也必须执行会合操作,否则,系统永远不会主动销毁线程,分配给该线程的系统资源也永远不会释放。
- 相分离(detached):表示子线程无需和主线程会合,也就是相分离的,这种情况下,子线程一旦进入终止状态,这种方式常用在线程数较多的情况下,有时让主线程逐个等待子线程结束,或者让主线程安排每个子线程结束的等待顺序,是很困难或不可能的,所以在并发子线程较多的情况下,这种方式也会经常使用。
线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己,在默认的情况下,线程是非分离状态的,这种情况下,原有的线程等待创建的线程结束,只有当pthread_join函数返回时,创建的线程才算终止,释放自己占用的系统资源,而分离线程没有被其他的线程所等待,自己运行结束了,线程也就终止了,马上释放系统资源。
3、创建子线程
pthread_create()函数
函数原型:
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void
*arg);
参数介绍:
- 第一个参数thread是一个pthread_t类型的指针,它用来返回该线程的线程ID。每个线程都能够通过pthread_self()来获取自己的线程ID(pthread_t类型)
- 第二个参数是线程的属性attr,其类型是 pthread_attr_t 结构体类型,其定义如下:
typedef struct
{
int detachstate; //线程的分离状态
int schedpolicy; //线程调度策略
struct sched_param schedparam; //线程的调度参数
int inheritsched; //线程的继承性
int scope; //线程的作用域
size_t guardsize; //线程栈末尾的警戒缓冲区大小
int stackaddr_set;
void *stackaddr; //线程栈的位置
size_t stacksize; //线程栈的大小
}pthread_attr_t;
/*
对于这些属性,我们需要设定的是线程的分离状态,如果有必要,也需修改每个线程的栈大小。
每个线程创建后默认是joinable状态,该状态需要主线程调用 pthread_join 等待它退出,否则,
子线程在结束时,内存资源不能得到释放造成内存泄漏。所以我们创建线程时一般会将线程设置为
分离状态,具体有两种方法:
1. 线程里面调用 pthread_detach(pthread_self()) 函数,这个方法最简单
2. 在创建线程的属性设置里设置PTHREAD_CREATE_DETACHED属性
*/
- 第三个参数start_routine是一个函数指针,它指向的函数原型是 void *func(void *),这是所创建的子线程要执行的任务(回调函数,返回值是void *类型,形参是void *)
- 第四个参数arg是传给所调用的函数的参数,如果有多个参数要传递的话,就需要将这多个参数封装到一个结构体中,再传入函数中;
下面以一个程序演示子线程的创建
代码如下:
1 #include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 #include <errno.h>
4 #include <stdlib.h>
5 #include <unistd.h>
6 #include <pthread.h>
7
8 void *thread_worker1(void *args);
9 void *thread_worker2(void *args);
10
11 int main(int argc, char *argv[])
12 {
13 int shared_var = 1000;
14 pthread_t tid;
15 pthread_attr_t thread_attr;
16
17
18 if (pthread_attr_init(&thread_attr))
19 {
20 printf("pthread_attr_init() failure: %s\n", strerror(errno));
21 return -1;
22 }
23
24 if (pthread_attr_setstacksize(&thread_attr, 120*1024)) //重新设置子线程栈大小
25 {
26 printf("pthread_attr_setstacksize() failure: %s\n", strerror(errno));
27 return -1;
28 }
29 //设置子线程与主线程为相分