线程以及pthread库的使用

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一.什么是线程
你可以想象你一边听歌一边打游戏，如果是操作系统会怎么做呢？先执行 ListenMusic 再执行 PlayGame，还是先执行 PlayGame 再执行 ListenMusic 呢？好像都不太合适。为了实现这个目的，就需要引入线程这个概念。线程是 CPU 调度的最小执行单位，你可以创建一个线程用于 ListenMusic，再创建一个线程去 PlayGame，这样操作系统就是同时处理这两个任务的（并发）。

二.pthread库
(1) 使用说明
POSIX 标准定义了一套线程操作相关的函数，用于让程序员更加方便地操作管理线程，函数名都是以前缀 pthread_ 开始，使用时要包含 <pthread.h>，而且在链接的时候要手动链接 pthread 这个库，如：gcc main.c -lpthread -o main。

(2) 常用函数

pthread_create
函数原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

功能说明：创建一个线程。

参数说明

thread：线程句柄，需要先定义一个 pthread_t 类型变量 thread，将该变量的地址 &thread 传递到该参数中去。这是一个传出参数，传递进去的 thread 会得到系统为我们创建好的线程句柄。

attr：线程属性，通过该参数可以设置创建的线程属性，如果要使用默认属性直接传递 NULL 即可。

start_routine：线程函数，它是一个函数指针类型，返回类型为 void *，参数为一个 void * 类型变量，创建好这样类型的一个函数，将函数名传递进去即可。

arg：线程参数，代表需要在主线程传递给子线程的参数，给 arg 赋值后可以在线程函数的参数中取到。

返回值说明

    成功情况下返回 0，失败情况下返回错误码，并且 tid 的值是不确定的。Linux 环境下所有线程函数调用失败时均是返回错误码，除了部分返回值为 void 的函数。关于错误码的说明在这里的第 8 小节。

pthread_self
函数原型：pthread_t pthread_self(void);

功能说明：获取线程 ID。

参数说明：无参数。

返回值说明：如果在主线程中调用该函数会返回主线程的线程 ID，如果在子线程中调用该函数会返回子线程的线程 ID，该函数没有失败的情况。

额外说明：线程 ID 是进程内部识别标志，两个进程间线程 ID 允许相同。

pthread_equal
函数原型：int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

功能说明：比较两个线程 ID 是否相等，在 Linux 系统中 pthread_t 都设计为 unsigned long 类型，所以可以直接用 == 判别是否相等，但是如果某些系统设计为结构体类型，那么就可以通过 pthread_equal 函数判别是否相等了。

参数说明：要比较的两个线程 ID。

返回值说明：若相等返回非 0 数值，否则返回 0。

pthread_exit
函数原型：void pthread_exit(void *retval);

功能说明：将单个线程退出。

参数说明：retval 为该线程的返回状态，如果主线程调用 pthread_join 可以获取到该返回状态。

返回值说明：void。

额外说明：如果在主线程中调用了 pthread_exit(NULL)，则主线程退出，如果子线程存在会继续执行。如下代码，就算主线程先退出了，也不会影响子线程打印"我是子线程"。注意如果使用 exit 退出会导致整个进程结束。

pthread_join
函数原型：int pthread_join(pthread_t thread,void **retval);

功能说明：阻塞等待线程退出，获取线程退出状态，相当于进程中的 waitpid 函数，如果线程退出，pthread_join 立刻返回。

参数说明

thread：代表要等待线程的线程 ID

retval：获取该线程的退出状态

返回值说明

    成功情况下返回 0，失败则返回错误码。

pthread_detach
函数原型：int pthread_detach(pthread_t thread);

功能说明：将线程 ID 为 thread 的线程分离出去，所谓分离出去就是指主线程不需要再通过 pthread_join 等方式等待该线程的结束并回收其线程控制块（TCB）的资源，被分离的线程结束后由操作系统负责其资源的回收。

参数说明：thread 为要分离的线程的线程 ID。

返回值说明

    成功情况下返回 0，失败情况下返回错误码。

额外说明

    一般来说，主线程是要负责创建出来的子线程的资源回收工作的。如果主线程先于子线程退出并且子线程没有设置为分离状态，那么子线程结束后其资源是无法得到回收的，会造成资源浪费和系统臃肿；如果主线程先于子线程退出但是子线程时分离状态，那么子线程退出的时候操作系统会自动回收其资源。

pthread_cancel
函数原型：int pthread_cancel(pthread_t thread);

功能说明：杀死线程。

参数说明：thread 为要杀死的线程的线程 ID。

返回值说明：成功情况下返回 0，失败情况下返回错误码。

程序说明

    分别创建了两个线程，pthread_func3 是一个死循环。在主线程中 sleep(3) 之后调用 pthread_cancel 结束子线程 pthread_func3，再调用 pthread_join 回收该子线程，由于子线程已经被杀死，此时 pthread_join 返回 -1。如果在子线程中的 while(1) 里，将 printf 和 sleep 函数注释掉，会发现杀不死该线程，原因是 pthread_cancel 并不等待线程终止，它仅仅提出了一种请求，需要子线程执行到特定的取消点才能终止该线程（如一些系统调用 write,pause 等地方）。如果线程中没有系统调用的函数，可以加入 pthread_testcancel 函数作为取消点。

常见错误码
EDEADLK：检测到线程发生死锁

EINVAL：线程不是可以等待回收的线程（后续会讲到线程分离）或者有其他线程已经准备等待回收该线程了

ESRCH：该线程 ID 不存在

三.使用线程的好处
在 Linux 编程中，多线程编程无疑是十分重要的。它可以提高程序的并发处理能力，线程间通信和共享数据十分方便，而且相对于多进程来说，它更加轻量级、好用。
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