多线程学习笔记

1. 线程的概念

1.1 什么是线程

轻量级进程，本质仍然是进程，都是通过clone函数实现的。
进程：独立的地址空间，拥有PCB，最小的资源分配单元
线程：没有独立的地址空间，拥有PCB，最小的执行单元

1.2 线程共享资源

• 文件描述符表
• 每种信号的处理方式
• 当前工作目录
• 用户ID和组ID
• 内存地址空间

1.3 线程非共享资源

• 线程id
• 处理现场和栈指针
• 独立的栈空间
• error变量
• 信号屏蔽字
• 调度优先级

1.4 线程优缺点

优点：提高并发性、占用资源小、通信方便
缺点：库函数不稳定、编写和调试困难、对信号支持不好

2. 线程的操作函数

2.1 pthread_create函数

#include 
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *), void *arg);
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功能：创建线程
函数参数：

• pthread_t *thread 线程ID，传出参数
• const pthread_attr_t *attr 线程的属性信息，一般用不到的
• void *(*start_routine) (void *) 线程函数，是一个void *func(void *)形式的函数指针
• void *arg 函数执行的参数
• 成功返回0，失败返回errno

注：编译需要添加pthread库

2.2 phtread_self函数

#include 
pthread_t pthread_self(void);
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功能：返回调用函数的ID,这个值与调用pthread_create返回的pthread_t *thread一样。

2.3 pthread_exit函数

 #include 
 void pthread_exit(void *retval);
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功能：终止调用的进程函数
函数参数：

• void *retval:指向的数据将作为线程退出时的返回值，主线程中的 pthread_join() 函数都可以接收到线程的返回值。如果线程不需要返回任何数据，将 retval 参数置为 NULL 即可。

pthread_exit和return的区别：

1. pthread_exit() 可以自动调用线程清理程序（本质是一个由 pthread_cleanup_push() 指定的自定义函数），return 则不具备这个能力。
2. 在主线程中， return 语句不仅会终止主线程执行，还会终止其它子线程执行。pthread_exit() 函数只会终止当前线程，不会影响进程中其它线程的执行。

2.4 pthread_join函数

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

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功能：获取某个线程执行结束时返回的数据，pthread_join会一直阻塞调用它的线程，接收到目标线程的返回值，阻塞状态才会解除。
参数：

• thread代表创建的时候传出的第一个参数
• retval代表传出线程退出的信息

注：一个线程执行结束的返回值只能由一个 pthread_join() 函数获取，当有多个线程调用 pthread_join() 函数获取同一个线程的执行结果时，哪个线程最先执行 pthread_join() 函数，执行结果就由那个线程获得，其它线程的 pthread_join() 函数都将执行失败。

创建线程demo

#include 
#include 
#include 
void *thr(void *args)
{
    printf("Im a thread, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
    sleep(5);
    return (void*)0;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, thr, nullptr);
    printf("Im main, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
    
    int ret = 0;
    if ((ret = pthread_join(tid, nullptr)) > 0) { // 阻塞等待线程回收
        printf("join err : %d, %s\n", ret, strerror(ret));
    }
    
    printf("I will exit.\n");
    pthread_exit(nullptr);
    return 0;
}

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线程退出注意事项：

• 可以在线程中使用pthread_exit
• 可以在线程中使用return（主控线程return代表退出进程）
• exit代表退出整个进程
• pthread_exit或者return返回的指针所指的内存单元必须是全局的或者是在堆空间分配的，不能是在栈空间分配的。
• 主线程调用pthread_exit会阻塞等待其余线程都结束之后再退出。

2.5 pthread_detach函数

#include 
int pthread_detach(pthread_t thread);
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功能：线程分离，线程主动与主线程断开关系，线程结束之后，其退出状态不由其他线程获取，而是自己直接自动释放，网络、多线程服务常用。pthread有两种状态joinable状态和unjoinable状态，一个线程默认的状态是joinable。如果线程是joinable状态，当线程函数自己返回退出时或pthread_exit时都不会释放线程所占用堆栈和线程描述符（总计8K多）。只有当调用了pthread_join之后这些资源才会被释放。若是
unjoinable状态的线程，这些资源在线程函数退出时或pthread_exit时自动会被释放。unjoinable属性可以在pthread_create时指定，或在线程创建后在线程中pthread_detach自己， 如：pthread_detach(pthread_self())，将状态改为unjoinable状态，确保资源的释放。如果线程状态为 joinable，需要在之后适时调用pthread_join。
参数：
pthread_t thread：
注：不能对一个已经分离的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL错误。也就是说，一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join。

线程分离函数demo：

#include 
#include 
#include 
#include 
void *thr(void *args)
{
    printf("Im a thread, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
    sleep(5);
    return (void*)0;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, thr, nullptr);
    printf("Im main, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
    
    pthread_detach(tid); // 线程分离
    sleep(5);
    
    int ret = 0;
    if ((ret = pthread_join(tid, nullptr)) > 0) {
        printf("join err : %d, %s\n", ret, strerror(ret));
    }

    printf("I will exit.\n");
    pthread_exit(nullptr);
    return 0;
}

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pthread_join函数阻塞等待回收失败

Im main, pid = 525576, tid = 3930953536.
Im a thread, pid = 525576, tid = 3922568960.
join err : 22, Invalid argument
I will exit.
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2.6 pthread_cancel函数

#include 
int pthread_cancel(pthread_t thread);
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功能：仅仅是向目标线程发送 Cancel 信号，至于目标线程是否处理该信号以及何时结束执行，由目标线程决定。对于接收 Cancel 信号后结束执行的目标线程，等同于该线程自己执行pthread_exit(PTHREAD_CANCELED)。也就是说，当一个线程被强制终止执行时，它会返回 PTHREAD_CANCELED 。因此，当对一个cancel的进程进行pthrean_join回收时，得到的返回值为-1
参数：

• pthread_t thread：用于指定发送 Cancel 信号的目标线程。

杀死线程函数demo：

#include 
#include 
#include 
#include 
void *thr(void *args)
{
    while(1) {
        printf("Im a thread, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
        sleep(1);
    }
    return (void*)0;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, thr, nullptr);
    printf("Im main, pid = %d, tid = %u.\n", getpid(), pthread_self());
    sleep(5);
    pthread_cancel(tid);

    void *ret;
    ret = pthread_join(tid, &ret);
    printf("thread exit with : %d\n", (int)ret);
    return 0;
}
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2.7 进程属性控制函数

#include 
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); // 初始化线程属性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); // 销毁线程属性
// 设置属性分离态
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
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功能： 设置属性分离状态
参数：

• attr init 初始化的属性
• detachstate
  PTHREAD_CREATE_DETACHED 线程分离
  PTHREAD_CREATE_JOINABLE 允许回收

设置线程属性demo

#include 
#include 
#include 
#include 
void *thr(void *arg)
{
    printf("I am a thread.\n");
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_attr_t attr;
    pthread_attr_init(&attr); // 初始化属性
    pthread_attr_getdetachstate(&arr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //设置属性分离

    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, &attr, thr, NULL);
    int ret = 0;
    if ((ret = pthread_join(tid, NULL)) > 0) {
        printf("join err: %d, %s\n", ret, strerror(ret));
    }

    pthread_attr_destroy(&attr);
}
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其他：

• alias echomake = ‘cat ~/bin/makefile.template >> makefile’
• set -o vi 设置shell里vi的快捷键，设置后vi的快捷键可以在shell中使用
• 查看线程库版本：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION