线程介绍
进程是程序在操作系统里的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位；而线程是进程中的一个执行单元，是 CPU 调度和分派的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。
POSIX 线程库（pthread）
在 C 语言中，通常使用 POSIX 线程库（pthread）来创建和管理线程。该库提供了一系列函数来操作线程，例如创建线程、等待线程结束、设置线程属性等。使用 pthread 库需要包含头文件 <pthread.h>，并且在编译时需要链接 -lpthread 库。
基本的线程操作函数
创建线程：pthread_create
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
thread：指向 pthread_t 类型的指针，用于存储新创建线程的线程 ID。
attr：指向 pthread_attr_t 类型的指针，用于设置线程的属性。若为 NULL，则使用默认属性。
start_routine：指向线程执行函数的指针，该函数的返回值类型为 void *，参数类型为 void *。
arg：传递给线程执行函数的参数。
等待线程结束：pthread_join
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
thread：要等待的线程的线程 ID。
retval：指向 void * 类型的指针，用于存储线程执行函数的返回值。
线程退出：pthread_exit
#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);
retval：线程的返回值。
简单的 C 语言线程示例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
// 线程执行函数
void *thread_function(void *arg) {
int *num = (int *)arg;
printf("线程正在运行，接收到的参数是: %d\n", *num);
pthread_exit(NULL);
}
int main() {
pthread_t thread_id;
int number = 10;
// 创建线程
if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, &number) != 0) {
perror("线程创建失败");
return 1;
}
// 等待线程结束
if (pthread_join(thread_id, NULL) != 0) {
perror("等待线程结束失败");
return 1;
}
printf("主线程继续执行\n");
return 0;
}
编译命令：
gcc fs.cpp -lpthread
线程取消
pthread_cancel 函数
用于向指定线程发送取消请求，通常由主线程调用以取消子线程的执行。
#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);
thread：要取消的线程的线程 ID。
返回值：若成功，返回 0；若出错，返回错误码。
pthread_setcancelstate 函数
用于设置线程的取消状态，即线程是否允许被取消
#include <pthread.h>
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
state：新的取消状态，有两个可选值：
PTHREAD_CANCEL_ENABLE：允许线程被取消（默认状态）。
PTHREAD_CANCEL_DISABLE：禁止线程被取消。
oldstate：指向整数的指针，用于存储线程原来的取消状态。若不需要保存原来的状态，可传入 NULL。
返回值：若成功，返回 0；若出错，返回错误码。
pthread_setcanceltype 函数
用于设置线程的取消类型，即线程在接收到取消请求后何时响应
#include <pthread.h>
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);
type：新的取消类型，有两个可选值：
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED：延迟取消，线程在接收到取消请求后，会在执行到取消点（如 pthread_testcancel、sleep、read、write 等函数）时才响应取消请求。
PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：异步取消，线程在接收到取消请求后，会立即响应取消请求。
oldtype：指向整数的指针，用于存储线程原来的取消类型。若不需要保存原来的类型，可传入 NULL。
返回值：若成功，返回 0；若出错，返回错误码。
代码示例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 子线程函数
void *thread_function(void *arg) {
int oldstate, oldtype;
// 设置线程允许被取消
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, &oldstate);
// 设置线程为延迟取消类型
pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED, &oldtype);
printf("子线程开始执行\n");
// 模拟一些工作
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("子线程正在工作: %d\n", i);
sleep(1);
// 检查取消点
pthread_testcancel();
}
printf("子线程执行完毕\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
// 创建子线程
if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
perror("线程创建失败");
return 1;
}
// 主线程休眠3秒
sleep(3);
// 向子线程发送取消请求
if (pthread_cancel(thread_id) != 0) {
perror("取消线程失败");
return 1;
}
printf("主线程已发送取消请求\n");
// 等待子线程结束
if (pthread_join(thread_id, NULL) != 0) {
perror("等待线程结束失败");
return 1;
}
printf("主线程继续执行\n");
return 0;
}
异步取消
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 子线程函数
void *thread_function(void *arg) {
int oldstate, oldtype;
// 设置线程允许被取消
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, &oldstate);
// 设置线程为异步取消类型
pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS, &oldtype);
printf("子线程开始执行\n");
int sum = 0;
// 模拟长时间运行的任务
while (1) {
printf("子线程正在执行 sum = %d\n", sum);
fflush(stdout); // 刷新输出缓冲区
usleep(1000);
sum += 10;
}
// 以下代码不会被执行到，因为线程会在收到取消请求时立即结束
printf("子线程执行完毕\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
// 创建子线程
if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
perror("线程创建失败");
return 1;
}
// 主线程休眠2秒，让子线程有时间开始执行
sleep(2);
// 向子线程发送取消请求
if (pthread_cancel(thread_id) != 0) {
perror("取消线程失败");
return 1;
}
printf("主线程已发送取消请求\n");
// 等待子线程结束
if (pthread_join(thread_id, NULL) != 0) {
perror("等待线程结束失败");
return 1;
}
printf("主线程继续执行\n");
return 0;
}
实际上没有判断处理是哪里异步取消！！！
线程清理
pthread_cleanup_push
#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);
功能：将一个清理处理程序压入线程的清理处理程序栈。当线程通过 pthread_exit 终止、被 pthread_cancel 取消或者执行 pthread_cleanup_pop 且参数为非零值时，会调用该清理处理程序。
参数：
routine：指向清理处理程序的函数指针，该函数接受一个 void * 类型的参数，并且没有返回值。
arg：传递给清理处理程序的参数。
pthread_cleanup_pop
#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_pop(int execute);
功能：从线程的清理处理程序栈中弹出一个清理处理程序。如果 execute 参数为非零值，则会调用该清理处理程序；如果为零，则不会调用该清理处理程序。
参数：
execute：一个整数，用于决定是否执行清理处理程序。非零值表示执行，零表示不执行。
代码示例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 清理处理程序
void cleanup_handler(void *arg) {
printf("清理处理程序被调用，参数为: %s\n", (const char *)arg);
}
// 子线程函数
void *thread_function(void *arg) {
const char *message = (const char *)arg;
// 压入清理处理程序
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, (void *)message);
printf("子线程开始执行\n");
// 模拟长时间运行的任务
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("子线程正在工作: %d\n", i);
sleep(1);
}
// 弹出清理处理程序，并执行它
pthread_cleanup_pop(1);
printf("子线程执行完毕\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
const char *message = "Hello, Cleanup!";
// 创建子线程
if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, (void *)message) != 0) {
perror("线程创建失败");
return 1;
}
// 等待子线程结束
if (pthread_join(thread_id, NULL) != 0) {
perror("等待线程结束失败");
return 1;
}
printf("主线程继续执行\n");
return 0;
}
主要是保证即便子线程被取消了，该进行的操作还是可以顺利完成
pthread_detach
#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
参数：
thread：要分离的线程的线程 ID。
返回值：若成功，返回 0；若出错，返回错误码。
pthread_self
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
参数：该函数没有参数。
返回值：返回调用该函数的线程的线程 ID，类型为 pthread_t。
代码演示
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 子线程函数
void *thread_function(void *arg) {
// 获取当前线程的线程 ID
pthread_t tid = pthread_self();
printf("子线程（线程 ID: %lu）开始执行\n", (unsigned long)tid);
// 模拟子线程工作
sleep(3);
printf("子线程（线程 ID: %lu）执行完毕\n", (unsigned long)tid);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
// 创建子线程
if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
perror("线程创建失败");
return 1;
}
// 获取主线程的线程 ID
pthread_t main_tid = pthread_self();
printf("主线程（线程 ID: %lu）创建了子线程\n", (unsigned long)main_tid);
// 分离子线程
if (pthread_detach(thread_id) != 0) {
perror("分离线程失败");
return 1;
}
printf("主线程（线程 ID: %lu）已分离子线程\n", (unsigned long)main_tid);
// 主线程继续执行其他任务
printf("主线程（线程 ID: %lu）继续执行其他任务\n", (unsigned long)main_tid);
sleep(5);
printf("主线程（线程 ID: %lu）结束\n", (unsigned long)main_tid);
return 0;
}
子线程函数 thread_function：
调用 pthread_self 获取当前子线程的线程 ID 并打印。
模拟子线程执行 3 秒的任务。
任务完成后，再次打印线程 ID 表示执行完毕。
主线程：
创建子线程。
调用 pthread_self 获取主线程的线程 ID 并打印。
调用 pthread_detach 分离子线程。
主线程继续执行其他任务，模拟执行 5 秒。
最后打印主线程结束信息。
分离后的子线程会自己回收自己需要销毁的资源
进程和线程的区别
定义
进程：是程序在操作系统中的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都有自己独立的地址空间、内存、数据栈以及其他用于维护进程运行的资源。
线程：是进程中的一个执行单元，是程序执行的最小单位。线程共享所属进程的资源，如地址空间、打开的文件等，但有自己独立的栈空间和程序计数器等。
资源分配
进程：拥有独立的资源，包括内存空间、文件描述符、信号量等。不同进程之间的资源相互隔离，一个进程的资源不会被另一个进程直接访问，以保证进程的独立性和稳定性。
线程：共享所属进程的资源，多个线程可以访问进程中的同一变量、文件等资源。这使得线程之间的通信相对容易，但也需要注意资源访问的同步和互斥问题，以避免数据冲突和不一致性。
调度
进程：作为系统调度的基本单位，进程的调度由操作系统的调度算法决定。进程的切换需要保存和恢复大量的上下文信息，包括寄存器值、内存管理信息等，因此进程切换的开销较大。
线程：是程序执行的最小单位，也是操作系统进行调度的基本单位。由于线程共享进程的资源，线程切换时只需保存和恢复少量的上下文信息，如寄存器值和栈指针等，因此线程切换的开销较小，能更高效地进行并发执行。
并发性
进程：多个进程可以并发执行，操作系统通过调度算法在不同的进程之间切换 CPU 时间片，实现多个进程的并发运行。但进程间的并发粒度较大，进程之间的切换相对较慢。
线程：一个进程中的多个线程可以并发执行，它们可以同时访问进程的资源，并且可以在不同的 CPU 核心上同时运行，实现真正的并行。线程间的并发粒度较小，线程的创建、销毁和切换速度较快，能更细粒度地控制程序的执行流程，提高程序的并发性能。
独立性
进程：具有较高的独立性，一个进程的崩溃通常不会影响到其他进程（除了一些特殊情况，如共享内存导致的问题）。每个进程都有自己独立的地址空间和资源，相互之间的影响较小。
线程：线程的独立性相对较低，因为它们共享所属进程的资源。如果一个线程出现错误，如访问了非法的内存地址或导致进程崩溃，可能会影响到整个进程以及其他线程的运行。
通信
进程：进程间通信（IPC）需要通过专门的机制，如管道、消息队列、信号量、共享内存等。这些机制需要操作系统的支持，并且涉及到数据在不同进程地址空间之间的传递，相对较为复杂。
线程：由于线程共享进程的地址空间，线程之间的通信可以直接通过共享变量来实现，通信方式较为简单和高效。但需要注意在多线程环境下对共享变量的访问控制，以确保数据的一致性和正确性。
适用场景
进程：适用于需要高度独立性和稳定性的任务，如服务器程序中的多个服务进程，每个进程可以独立处理不同类型的请求，互不干扰。另外，在一些对资源隔离要求较高的场景，如不同用户的任务处理，也适合使用进程。
线程：适用于需要频繁进行并发操作且对资源共享要求较高的场景，如图形界面应用程序中，一个线程用于处理用户界面的更新，另一个线程用于执行后台任务，如文件下载或数据处理，通过线程间的协作可以提高程序的响应性和用户体验。同时，在一些高性能计算和并发处理的场景中，线程也能发挥其高效并发的优势。
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