165-Linux的多线程(中)

╰半夏微凉° 2022-10-26 03:49 129阅读 0赞

## 上期疑问（为什么打印出6个fun） ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
本应该只能打印五次fun run，但是本次程序运行未能正常结束，程序退出，未处理这些线程，粗暴解决，主线程和子线程可能存在对缓冲区多刷了一次，很可能是主程序最后对此刷新了一次，我们对此不做处理，因为此程序就是异常结束。本次异常情况很少出现。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
**线程函数相同或不同根据自己的需求**

**线程用到的头文件和接口**  
![在这里插入图片描述][20210201180054291.png_pic_center]

## 从操作系统来讲线程 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
**纯粹的用户级**：底下是内核空间，上层是用户空间，在内核空间，就认为创建1条执行路径，在用户空间通过线程库创建出不同的线程，属于用户级的线程，用户自己去创建的线程，内核没有参与也并不知道创建了多少个线程。**这种特点是创建开销小，栈空间可以自由来控制，可以创建很多个线程，不需要内核的参与**  
**缺点是无法处理多处理器的资源**因为在内核的表现只有一条执行路径，操作系统无法放在不同处理器上执行。

**纯粹的内核级**：操作系统内核本身要支持创建线程，内核必须留出创建线程的接口，内核帮用户去创建线程，对个线程的处理和切换均由内核去完成，内核感知每个线程的存在，可以分别把多个线程放在多个不同的处理器上并行！**缺点是创建开销大，成本高。**  
**优点是可以利用多处理器的资源，内核直接管理**

**如果操作系统本身不支持创建线程，那么我们只能使用纯粹的用户级**

**组合**：前两者的组合。可以在用户空间创建多个线程，内核空间也可以创建多个路径，多对多的关系，可以做到并行，处理器总是有限的，创建内核的线程数与处理器的数接近就可以了，再多还是时间片的轮转

不同平台，不同语言，处理方式的

Linux系统支持创建内核级线程  
Go语言支持类似组合线程的方法去实现

不同场景下各自有各自的优点

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
**task\_struct （PCB）**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
把pid理解为线程的id  
主线程（第一个线程）id作为对外呈现的pid，子线程pid理解为线程id

## 查看多线程的id ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
![在这里插入图片描述][20210201190502737.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][20210201190507566.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][20210201190512301.png_pic_center]

![在这里插入图片描述][20210201190518522.png_pic_center]  
主线程id作为pid  
第三列数字是线程id

## ps -eLf查看线程的id ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]  
![在这里插入图片描述][20210201190818665.png_pic_center]  
**Linux内核级线程**

在各个平台，调动该平台创建线程的方法

## 线程同步 ##

![在这里插入图片描述][8d523a5d4da745fe9d570fb1385c862b.png]

指的是当一个线程在对某个临界资源进行操作时，其他线程都不可以对这个资源进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能操作，也就是协同步调，让线程按预定的先后次序进行运行。线程同步的方法有四种：互斥锁、信号量、条件变量、读写锁。

**信号量进行线程同步**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]  
**打印多次结果都是5000，因为已经进行了限制操作**

## 互斥锁 ##

![在这里插入图片描述][20210201194548818.png_pic_center]

#include <pthread.h>
    
    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr);//互斥锁进行初始化，属性一般为空
    
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);//加锁，锁住资源，阻塞
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//解锁
    
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);//销毁

**如同 试衣间一样 是互斥性的**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 13]  
**先加锁，然后对val执行++,如果别人加锁了正在++,则你的加锁就阻塞住了，保证同一时刻只有一个线程对val++**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 14]  
**运行很多次，均为5000**

## 多线程中要使用线程安全的函数 ##

线程安全即就是在多线程运行的时候，不论线程的调度顺序怎样，最终的结果都是一样的、正确的。那么就说这些线程是安全的。  
要保证线程安全需要做到：  
1、对线程同步，保证同一时刻只有一个线程访问临界资源。  
2、在多线程中使用线程安全的函数（可重入函数），所谓线程安全的函数指的是：如果一个函数能被多个线程同时调用且不发生竟态条件，则我们程它是线程安全的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

**举个例子：**  
对字符串进行分割  
两个线程分别对两个字符串进行分割

正常期望应该是 主线程打印a 子线程打印1 打印的值是有序的

**strtok方法 分割字符串**  
![在这里插入图片描述][20210201200534933.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

参数为 分割的字符串，分割的符号  
![在这里插入图片描述][20210201200715236.png_pic_center]  
**沿着原来分割后的位置继续分割**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 15]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 16]  
**运行程序**  
![在这里插入图片描述][20210201201041755.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][20210201201047236.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 17]

**为什么是这种情况？**

调动strtok,循环在使用，执行一次分割一次，下一次再分割，没有传任何参数，还是沿着上一次切割后的位置继续切割，说明strtok里有记录分割的位置，strtok内部是使用全局变量或者静态变量去实现来记录当前分割的位置。在多线程环境，如果都调用strtok ，是共享的！只有一份。两个线程都去访问调用。主线程第一次分割完a出来，然后指针指向b，下次分割，从b位置开始，可是，现在是两个线程都在使用，当主线程将a打印出来的时候，指针指向b，然后睡眠1秒钟，此时线程fun也要去进行分割，它是重新传参数（arr）了，允许重新传。更新了strtok指针的值 ，一分割，返回1，然后更新指针，指针指向2的位置，注意：strtok只有一份，这里的指针都是同一个指针哦，现在指针指向的是2位置，然后主线程进行strtok分割的时候，是对2的位置进行分割了，分割出2，也有可能主线程正在分割2，fun线程也进行分割，都得出2。并发运行，打印出2个2

**strtok不适应多线程的环境**

**可以在多线程中正常使用的版本：**  
![在这里插入图片描述][20210201203123944.png_pic_center]  
增加 指向的地址 的 参数  
**带下划线\_r的就是可以在多线程中安全使用的函数**

**解析strtok方法**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 18]  
传入的空格是分隔符  
buff起始位置指向a，遇见空格，然后把空格换成\\0，然后把a的地址返回，s=strtok();s指向a的地址，遇到\\0，就是一个字符串了，然后循环再次调用strtok，又遇到s=strtok();strtok内部有一个指针，指向的是b的起始位置，然后参数没有传buff，就是沿着b的位置进行分割，然后遇到空格，把空格改为\\0，buff在函数中是不能消失的哦。

两个线程有可能都要去改空格为\\0，一个线程指向b的位置了，另一个线程也调动strtok了，strtok被执行2遍，如果是同时去执行，都打算去改，访问同一块空间b，都要分割b，第一个线程把b后的空格改为\\0，另一个线程进去发现空格已经是\\0了，认为已经结束了，不更改了，打印了一个b，退出了，指针置空。所以打印了两个b。此时的strtok的指针已经置空了，不处理了，另一个线程访问已经是空了，都退出了，打印2个b都退出了  
有的线程可能先打印完buff，重置为空指针，另一个线程就访问为空指针

## 解决方案 ##

**定义2个ptr，分别记录分割到哪里，不共用strtok内部的那个指针**  
**线程安全的版本：**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 19]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 20]  
**运行程序**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 21]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221024/004289beb0294fc88a20cdf1c50a2bab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221024/035f6f0b9e6f4bcd9997735cdbf65c05.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221024/8f3db14e6c9442b7b1b1d2aa0afa2c2c.png
[20210201180054291.png_pic_center]: /images/20221024/bdb1180ed3b84551b83b878463ac23e4.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221024/3be517077bca4526a3c0baae1bef7c4e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221024/5ed1ea41a5934a079ea12054c727c0ec.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221024/3bdc5e993a5a49dcae9dc1690628e641.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]: /images/20221024/7b9b8cde2a8741fcaeeb4ac5ca96298f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]: /images/20221024/00f6f6a6e4d046efa661bd38b1fb5eb2.png
[20210201190502737.png_pic_center]: /images/20221024/926d8b39133e476986420b9af2fbbfc2.png
[20210201190507566.png_pic_center]: /images/20221024/29a99907d4184de6aaca33b26831c96f.png
[20210201190512301.png_pic_center]: /images/20221024/705f2e1114c448b09e7244c62990decd.png
[20210201190518522.png_pic_center]: /images/20221024/7579b768f05d4adaba25845f6ef7be18.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]: /images/20221024/9a921595bf9649678f871a2e3c433541.png
[20210201190818665.png_pic_center]: /images/20221024/815e973df3f7461fa8698f7538dce123.png
[8d523a5d4da745fe9d570fb1385c862b.png]: /images/20221024/8f2b3ea42b964d94b8bfa1ad3307659e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]: /images/20221024/bb0d9a326c68486c895047edd9f670bf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]: /images/20221024/dfd1c84d299742879f569ae989034af8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]: /images/20221024/f536309f5f6e47209653f1b878b8f8d6.png
[20210201194548818.png_pic_center]: /images/20221024/bcf5ca864f6d4486a6d1b45bc7e6313f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]: /images/20221024/be1b9bceaaa74403a683c3c18fb4b30e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 13]: /images/20221024/e98f6dd9130f41a6821a63a95f3fd31a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 14]: /images/20221024/54908bee90b342358055c5e8d9c0a50d.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20221024/6556399186d0478f983e65ca6b959d8d.png
[20210201200534933.png_pic_center]: /images/20221024/18ae3d5e8edf4d7c81a3cffea346130e.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20221024/c358256672a147ab9e429c3a30caa1e7.png
[20210201200715236.png_pic_center]: /images/20221024/9970ddb42f3a4127bfd620fbb7cc6872.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 15]: /images/20221024/f7866c3234404b98974536318f17c92e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 16]: /images/20221024/f1f37d99e8154ff49d7385c6e37e522b.png
[20210201201041755.png_pic_center]: /images/20221024/388fa338313c4e19b6de8181a823b726.png
[20210201201047236.png_pic_center]: /images/20221024/99afe6852a6b499c9654be53e8e72eb7.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 17]: /images/20221024/bf84ffd6e7f1432d9f2822dd00842ad9.png
[20210201203123944.png_pic_center]: /images/20221024/be701d9d747c442fb41b00d257e41b99.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 18]: /images/20221024/7330b904ed794a8c98a3105133f70f29.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 19]: /images/20221024/f2313479fc274ba5aa7680f97d616b58.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 20]: /images/20221024/d0e3219fb9184ea797b39ca7875e4352.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xJTlpFWVU2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 21]: /images/20221024/d12eec11d570431ba87fcf04fb9699fe.png