Unix环境高级编程--多线程(一)

柔情只为你懂 2022-07-15 06:13 256阅读 0赞

对于刚开始写程序或者在很长一段时间，在编写程序时，我们都只会在一个main函数中进行程序的逻辑执行顺序的编写。在接触GUI程序的设计的时候，很多时候希望有一个前端显示以及后台计算的需求。此时如果以多进程的方式来设计，会设计复杂的进程间通信以及上下文切换的操作，因此开始有线程的概念，此时程序执行的最小单位开始从进程向线程转移，线程称为程序执行的最小单位。

同一个进程内部可以有多个线程，它们共享用一个进程的所有资源。采用多线程编程有以下好处：

*  有些问题可以分解从而提高整个程序的吞吐量。在只有一个控制线程的情况下，一个线程要完成多个任务，只需要将这些任务串行化。当有多个线程时，相互独立的任务就可以交叉运行，为在一定程度上相互独立的任务分配一个线程，可以极大的提高程序的执行效率。
 *  多进程必须使用操作系统的负责机制才可以实现内存和文件的共享。而多线程可以共享进程的内存和文件描述符。
 *  即使多线程执行时由于同步的关系需要阻塞，但是从全局概念上来说，仍然可以改善响应时间和吞吐量。

多线程是什么

通常意义上来说，程序运行过程中，只有一个控制权存在，当函数被调用时，该函数获得控制权，然后执行运算，所有函数的执行，不管独立与否，处于一种串行意义上的依赖。

而在多线程中，一个进程可以有多个控制权的存在，可以让多个函数同时处于激活状态，即使是在单核计算机中，也可以充分利用时间片资源，提高程序的吞吐量。在Unix系统中，有一套支持多线程的机制，即**POSIX**线程，包括了线程的创建，销毁以及线程间的同步控制的一系列概念和实现。在Unix系统中，线程和进程一样，通过一个ID进行标志，对于进程来说，通过**pid\_t**进行标识，而线程则通过**pthread\_t**标识。而pthread\_t在一定意义上和pid\_t不同，**pid\_t**是非负数，而**pthread\_t**则可以通过结构体定义，在不同的Unix-like的系统下，可能定义就不同，在Linux系统下，是非负数类型。因此不能简单的把pthread\_t当做整数。

在Linux系统下，我们可以简单的认为无符号长整型，但是在Mac OS x等系统中，则需要测试之后才能确定。

在POSIX中，线程的创建通过函数（如下）实现：

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

***pthread\_create***第一个参数指向线程标识符的指针，第二个参数用于设置线程属性，第三个参数为线程运行函数的起始地址，第四个参数的运行函数的参数。

当线程创建成功，函数会返回0，或出错，则会返回出错的编号。第二个参数为**NULL**时，创建的线程为系统默认属性。当传入线程运行函数的参数不止一个时，可以通过***arg***定义一个结构体或者类传入。

在主函数中或者其他线程函数中，可以通过pthread\_join等待线程的结束。

int pthread_join(pthread_t thread,void **retval)

第一个参数代表被等待的线程标识符，第二个参数是用于定义的指针，用来接收和保存等待线程返回值。这个函数是线程阻塞函数。调用它的函数将会一直处于阻塞状态，直到等待的线程终止。

对于一个线程，它的结束有两种途径：1、线程函数结束，调用它的线程也结束；2、通过函数**pthread\_exit**来实现。

void pthread_exit(void *retval)

对于 **pthead\_join**和 **pthread\_exit**区别在下：

1、**pthtead\_join**一般在主线程中调用，调用时，会阻塞等待线程终止；

2、**pthread\_exit**一般在线程中调用，用于结束当前线程；

3、两者一般联用，**pthread\_exit**返回线程状态，主函数调用**pthread\_join**获取线程退出状态。

下面将举一下例子来熟悉函数的一些使用：

1、创建线程。

#include<iostream>
    #include<pthread.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    using namespace std;
    void *thread_func(void *arg)
    {
    	printf("进程id:%lu,  线程id:%lu\n",(unsigned long)getpid(),(unsigned long)pthread_self());
    }
    
    int main()
    {
    	int err;
    	pthread_t tid;
    	err=pthread_create(&tid,NULL,thread_func,NULL);
    	if(err!=0)
    	{cout<<"create thread error"<<endl;exit(err);}
    	
    	sleep(1);
    	printf("进程id:%lu,  主线程id:%lu，创建线程id:%lu\n",(unsigned long)getpid(),(unsigned long)pthread_self(),(unsigned long)tid);
    }

执行结果：

![20161105164446020][]

2、调用pthread\_join获取子线程退出状态，当然我们也可以使用类的成员函数来作为线程的执行函数，此时需要将该函数声明为静态

#include<pthread.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include<iostream>
    using namespace std;
    class Create
    {
    public:
    	static void * say_hello(void *arg){
    		printf("类的静态函数 say_hello\n");
    		pthread_exit((void *)1);
    	}
    };
    
    int main()
    {
    	int err;
    	pthread_t tid1;
    	void *thret;
    	Create funcLocate;
    
    	err=pthread_create(&tid1,NULL,Create::say_hello,NULL);
    	if(err!=0)
    	{cout<<"create thread1 error"<<endl;exit(err);}
    	
    
    	err=pthread_join(tid1,&thret);
    	if(err!=0)
    	{cout<<"can not join with thread 1"<<endl;exit(err);}
    
    	cout<<"thread 1 exit with code:"<<(long)thret<<endl;
    
    	exit(0);
    }

![20161105171619172][]

3、向线程传递参数

#include<pthread.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include<iostream>
    using namespace std;
    class Create
    {
    private:
    	const static int a=10;
    public:
    	void print(){cout<<"a:"<<a<<endl;}
    };
    
    
    static void *say_hello(void *arg)
    {
    	Create arg_temp=*(Create *)arg;
    	arg_temp.print();
    	pthread_exit((void *)1);
    }
    int main()
    {
    	int err;
    	pthread_t tid1;
    	void *thret;
    	Create paraLocate;
    
    	err=pthread_create(&tid1,NULL,say_hello,¶Locate);
    	if(err!=0)
    	{cout<<"create thread1 error"<<endl;exit(err);}
    	
    
    	err=pthread_join(tid1,&thret);
    	if(err!=0)
    	{cout<<"can not join with thread 1"<<endl;exit(err);}
    
    	cout<<"thread 1 exit with code:"<<(long)thret<<endl;
    
    	exit(0);
    }

![20161105172910146][]

[20161105164446020]: /images/20220715/67dff1ba58a447459f55cf67f7a30a15.png
[20161105171619172]: /images/20220715/47e7b899f9c94b0f8f702d01cc329778.png
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