[17]APUE：线程

通常情况下，线程模型的并发性能优于进程模型，但不总是这样

线程的优势：

1. 线程的创建、销毁及上下文切换代价比进程低
2. 某些情况下，使用线程可以简化逻辑，避免异步编程的复杂性
3. 同一进程内所有线程共享全局内存段，没有进程间通信的开销

线程的劣势：

1. 线程之间协作的顺序（时序）是完全随机的，*nix 内核的实现中也不包括对线程时序的完全控制，线程的不可控特性可能会带来某些测试过程中难以复现的 BUG，业务风险较高
2. 线程之间的数据共享，同时也带来了数据竞争的问题，需要十分谨慎地的处理临界区数据

 *nix 平台下的线程实现

1. 在内核层面的实现中，线程本质上还是进程模型，用户空间看到的每一线程，都对应于内核中一个进程（lwp:light weight process），用户空间的进程 ID，对应于内核层面的进程组 ID
2. 线程的并发性能提升并非线性增长，各种锁机制的存在，都会造成线程并发性能的降低
3. 多线程编程需要对特定硬件平台的特性有更深入的了解，否则容易陷入“伪共享”等硬件相关的性能瓶颈中

线程的创建与终止

#include <pthread.h>
//pthread_* 类的函数成功返回 0；出错时，直接返回错误码，同时也会设置 errno
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
void pthread_exit(void *retval);
pthread_t pthread_self(void);

• pthread_self 函数用于线程取得自身的线程 ID
  • 此处的 ID 是用户空间的概念，只在线程所属的进程环境下有意义，通常情况下就是一个指向特定结构体的内存地址（Linux／FreeBSD）
  • 操作系统范围内可以重复，同一进程中的线程退出后，其 ID 也可以立即被复用
• 线程执行函数中调用 return 也可以终止自身

释放线程所占用的资源

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

• 调用 pthread_detach(pthread_self()) 可使线程自身处于 detach 处态，线程退出后，其占用的资源将自动释放
• 同一进程环境中的其它线程可以使用 pthread_join 函数获得指定线程的退出状态，同时释放其所占用的资源

线程属性设置

#include <pthread.h>
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);

• 线程属性设置使用 pthread_attr_t 数据类型，必须首先调用 pthread_attr_init 初始化之后才能使用，使用完成之后需要调用 pthread_attr_destroy 释放资源
• pthread_attr_setdetachstate 函数中 detachstate 参数的可选值有：PTHREAD_CREATE_JOINABLE、PTHREAD_CREATE_DETACHED，默认是前者，效果与线程自身调用 pthread_detach(pthread_self()) 相同

线程 ID 比较

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2); 

• 不同操作系统中的线程实现方式存在差异，不能直接用 '==' 判断

线程清理函数

#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*cleanup_routine)(void *), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);

• 不同的操作系统中，pthread_cleanup_push 与 pthread_cleanup_pop 可以实现为宏或函数，使用时必须一一配对使用，执行顺序与设置顺序相反，与进程清理中的 atexit 函数类似
• pthread_cleanup_pop 的参数为 0 时，将不执行对应的清理行为
• 在实现为宏的平台上（如：FreeBSD、MAX OS），函数退出必须调用 pthread_exit，而不能使用 return 返回，否则清理动作将得不到执行