Linux系统编程——多线程实现多任务

概述

每一个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段。这就造成进程在进行创建、切换、撤销操作时，须要较大的系统开销。

为了降低系统开销，从进程中演化出了线程。为了让进程完毕一定的工作。进程必须至少包括一个线程。线程存在于进程中，共享进程的资源。

很多其它详情。请看《进程和线程的差别与联系》。

就像每一个进程都有一个进程号一样。每一个线程也有一个线程号。

进程号在整个系统中是唯一的，但线程号不同，线程号仅仅在它所属的进程环境中有效。进程号用 pid_t 数据类型表示。是一个非负整数。线程号则用 pthread_t 数据类型来表示，Linux 使用无符号长整数表示。有的系统在实现 pthread_t 的时候，用一个结构体来表示，所以在可移植的操作系统实现不能把它做为整数处理。

线程的经常使用函数

1）获取线程号

所需头文件：

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

功能：

获取线程号。

參数：

无

返回值：

调用线程的线程 ID 。

2）线程号的比較

所需头文件：

#include <pthread.h>

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

功能：

推断线程号 t1 和 t2 是否相等。

为了方便移植。尽量使用函数来比較线程 ID。

參数：

t1。t2：待推断的线程号。

返回值：

相等：  非 0

不相等：0

演示样例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	pthread_t thread_id;

	thread_id = pthread_self(); // 返回调用线程的线程ID
	printf("Thread ID = %lu \n",thread_id);

	if( 0 != pthread_equal( thread_id, pthread_self() ) ){
		printf("Equal!\n");
	}else{
		printf("Not equal!\n");
	}

	return 0;
}

线程函数的程序在 pthread 库中。故链接时要加上參数 -lpthread。

执行结果例如以下：

3）线程的创建

所需头文件：

#include <pthread.h>

int pthread_create( pthread_t *thread,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start_routine)(void *),

void *arg );

功能：

创建一个线程。

參数：

thread：线程标识符地址。

attr：线程属性结构体地址。通常设置为 NULL。

start_routine：线程函数的入口地址。

arg：传给线程函数的參数。

返回值：

成功：0

失败：非 0

pthread_create() 创建的线程从指定的回调函数開始执行，该函数执行完后，该线程也就退出了。线程依赖进程存在的。共享进程的资源，假设创建线程的进程结束了。线程也就结束了。

演示样例一：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int var  = 8;

void *thread_1(void *arg)
{
	while(1)
	{
		printf("this is my new thread1: var++\n");
		var++;
		sleep(1);
	}
	return NULL;
}

void *thread_2(void * arg)
{
	while(1){
		printf("this is my new thread2: var = %d\n", var);
		sleep(1);
	}

	return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	pthread_t tid1,tid2;

	//创建两个线程
	pthread_create(&tid1, NULL, thread_1, NULL);
	pthread_create(&tid2, NULL, thread_2, NULL);

	while(1){
		printf("the main thread: var = %d\n", var);
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

执行结果例如以下：

演示样例二：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

// 回调函数
void *thread_fun(void * arg)
{
	sleep(1);
	int num = *( (int *)arg );
	printf("int the new thread: num = %d\n", num);

	return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	pthread_t tid;
	int test = 100;

	// 创建线程, 把 &test 传给回调函数 thread_fun()
	pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, (void *)&test);  

	while(1);

	return 0;
}

执行结果例如以下：

4）回收线程资源

所需头文件：

#include <pthread.h>

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

功能：

等待线程结束（此函数会堵塞），并回收线程资源，类似进程的 wait() 函数。假设线程已经结束。那么该函数会马上返回。

參数：

thread：被等待的线程号。

retval：用来存储线程退出状态的指针的地址。

返回值：

成功：0

失败：非 0

演示样例代码例如以下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thead(void *arg)
{
	static int num = 123; //静态变量

	printf("after 2 seceonds, thread will return\n");
	sleep(2);

	return #
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	pthread_t tid;
	int ret = 0;
	void *value = NULL;

	// 创建线程
	ret = pthread_create(&tid, NULL, thead, NULL);
	if(ret != 0){ //创建失败
		perror("pthread_create");
	}

	// 等待线程号为 tid 的线程。假设此线程结束就回收其资源
	// &value保存线程退出的返回值
	pthread_join(tid, &value); 

	printf("value = %d\n", *( (int *)value ) );

	return 0;
}

执行结果例如以下：

创建一个线程后应回收其资源，但使用 pthread_join() 函数会使调用者堵塞，Linux 还提供了非堵塞函数 pthread_detach() 来回收线程的资源。

所需头文件：

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);

功能：

使调用线程与当前进程分离。分离后不代表此线程不依赖与当前进程，线程分离的目的是将线程资源的回收工作交由系统自己主动来完毕。也就是说当被分离的线程结束之后，系统会自己主动回收它的资源。所以，此函数不会堵塞。

參数：

thread：线程号。

返回值：

成功：0

失败：非 0

注意，调用 pthread_detach() 后再调用 pthread_join() , pthread_join() 会立刻返回，调用失败。

演示样例代码例如以下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thead(void *arg)
{
	int i;
	for(i=0; i<5; i++)
	{
		printf("I am runing\n");
		sleep(1);
	}

	return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret  = 0;
	pthread_t tid;

	ret = pthread_create(&tid, NULL, thead, NULL);
	if(ret!=0){
		perror("pthread_create");
	}

	pthread_detach(tid); // 线程分离。不堵塞

	// 立刻返回。调用失败
	int flag = pthread_join(tid, NULL);
	if(flag != 0){
		printf("join not working\n");
	}

	printf("after join\n");
	sleep(3);
	printf("I am leaving\n");

	return 0;
}

执行结果例如以下：

5）线程退出

在进程中我们能够调用 exit() 函数或 _exit() 函数来结束进程。在一个线程中我们能够通过 pthread_exit() 在不终止整个进程的情况下停止它的控制流。

所需头文件：

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);

功能：

退出调用线程。一个进程中的多个线程是共享该进程的数据段。因此，通常线程退出后所占用的资源并不会释放。

參数：

retval：存储线程退出状态的指针。

返回值：

无

演示样例代码例如以下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thread(void *arg)
{
	static int num = 123; //静态变量
	int i = 0;
	while(1)
	{
		printf("I am runing\n");
		sleep(1);
		i++;
		if(i==3)
		{
			pthread_exit( (void *)&num );
			// return &num;
		}
	}

	return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret  = 0;
	pthread_t tid;
	void *value  = NULL;

	ret = pthread_create(&tid, NULL, thread, NULL);
	if(ret!=0){
		perror("pthread_create");
	}

	pthread_join(tid, &value);

	printf("value = %d\n", *(int *)value );

	return 0;
}

执行结果例如以下：

本教程演示样例代码下载请点此链接。