1. 什么是线程

1.1概念

线程是一个轻量级的进程，为了提高系统的性能引入线程。
线程和进程都参与统一的调度。
在同一个进程中可以创建的多个线程, 共享进程资源。
（Linux里同样用task_struct来描述一个线程）

1.2进程和线程的区别

相同点：都为操作系统提供了并发执行能力
不同点：
调度和资源：线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位
地址空间方面：同一个进程创建的多个线程共享该进程的资源；进程的地址空间相互独立
通信方面：线程通信相对简单，只需要通过全局变量可以实现，但是需要考虑临界资源访问的问题；进程通信比较复杂，需要借助进程间的通信机制(借助3g-4g内核空间)
安全性方面：线程安全性差一些，当进程结束时会导致所有线程退出；进程相对安全

不同情况下的使用
对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。
资源的保护管理要求不是很高，但要求效率高、速度快的
高并发环境时，需要频繁创建、销毁或切换时使用多线程。

1.3 线程资源

共享的资源：可执行的指令、静态数据、进程中打开的文件描述符、信号处理函数、当前工作目录、用户ID、用户组ID
私有的资源：线程ID (TID)、PC(程序计数器)和相关寄存器、堆栈(局部变量, 返回地址)、错误号 (errno)、信号掩码和优先级、执行状态和属性

2. 函数接口

2.1创建线程：pthread_create

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：创建线程
参数：       thread：线程标识attr：线程属性， NULL：代表设置默认属性start_routine：函数名：代表线程函数（自己写的）arg：用来给前面函数传参
返回值：成功：0失败：错误码编译的时候需要加 -pthread 链接动态库

2.2退出线程：pthread_exit

void  pthread_exit(void *value_ptr) 
功能：用于退出线程的执行
参数：value_ptr：线程退出时返回的值

2.3回收线程资源

int  pthread_join(pthread_t thread,  void **value_ptr) 功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数
参数：thread：创建的线程对象,线程IDvalue_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数， 一般为NULL
返回值：成功 ： 0失败：errnoint pthread_detach(pthread_t thread);
功能：让线程结束时自动回收线程资源,让线程和主线程分离,非阻塞函数
参数：thread：线程ID
非阻塞式的，例如主线程分离(detach)了线程T2，
那么主线程不会阻塞在pthread_detach()，
pthread_detach()会直接返回，线程T2终止后会被操作系统自动回收资源
(线程T2的结果无法返回，所以必要时不能使用detach，让主线程结束)

3. 同步

3.1概念

同步(synchronization)指的是多个任务(线程)按照约定的顺序相互配合完成一件事情
(异步：异步则反之，并非一定需要一件事做完再做另一件事。）

3.2 同步机制

通过信号量实现线程间同步。
信号量：通过信号量实现同步操作；由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待.
信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量:
信号量的值>0,表示有资源可以用, 可以申请到资源,
信号量的值<=0, 表示没有资源可以通用, 无法申请到资源, 阻塞.
信号量还是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问：初始化、Ｐ操作(申请资源)、Ｖ操作(释放资源)

sem_init: 信号量初始化
sem_wait: 申请资源,P操作, 如果没有资源可以用, 阻塞,-1
sem_post: 释放资源,V操作, 非阻塞 +1

3.3函数接口

int  sem_init(sem_t *sem,  int pshared,  unsigned int value)  功能：初始化信号量   
参数：sem：初始化的信号量对象pshared：信号量共享的范围(0: 线程间使用   非0:1进程间使用)value：信号量初值
返回值：成功 0失败 -1int  sem_wait(sem_t *sem)  功能：申请资源  P操作 
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0失败 -1
注：此函数执行过程，当信号量的值大于0时，表示有资源可以用，则继续执行，同时对信号量减1；当信号量的值等于0时，表示没有资源可以使用，函数阻塞（阻塞） 
int  sem_post(sem_t *sem)   功能：释放资源  V操作      
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0失败 -1注：释放一次信号量的值+1，函数不阻塞

4. 互斥

4.1概念

互斥：多个线程在访问临界资源时，同一时间只能一个线程访问
临界资源：一次仅允许一个线程使用的资源
临界区：指的是一个访问共享资源的程序片段
互斥锁：通过互斥锁可以实现互斥机制，主要用来保护临界资源，每个临界资源都由一个互斥锁来保护，线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得锁为止。

pthread_mutex_init
pthread_mutex_lock
pthread_mutex_unlock

4.2函数接口

int  pthread_mutex_init(pthread_mutex_t  *mutex, pthread_mutexattr_t *attr)  
功能：初始化互斥锁  
参数：mutex：互斥锁attr:  互斥锁属性  //  NULL表示缺省属性
返回值：成功 0失败 -1int  pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)   
功能：申请互斥锁     
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0失败 -1
注：和pthread_mutex_trylock区别：pthread_mutex_lock是阻塞的；pthread_mutex_trylock不阻塞，如果申请不到锁会立刻返回int  pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)   
功能：释放互斥锁     
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0失败 -1int  pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t  *mutex)  
功能：销毁互斥锁     
参数：mutex：互斥锁

补充：死锁

是指两个或两个以上的进程或线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
死锁产生的四个必要条件
1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4、 循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
注意：当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。
当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

5. 条件变量

条件变量用于在线程之间传递信号，以便某些线程可以等待某些条件发生。当某些条件发生时，条件变量会发出信号，使等待该条件的线程可以恢复执行。
一般和互斥锁搭配使用，实现同步机制

pthread_cond_init(&cond,NULL);	//初始化条件变量
使用前需要上锁：
pthread_mutex_lock(&lock);			 //上锁
判断条件
pthread_cond_wait(&cond, &lock);      //阻塞等待条件产生，没有条件产生时阻塞，同时解锁，当条件产生时结束阻塞，再次上锁
pthread_cond_signal(&cond);		//产生条件，不阻塞
pthread_cond_destroy(&cond);		//销毁条件变量
注意： 必须保证让pthread_cond_wait先执行，pthread_cond_signal再产生条件

为什么pthread_cond_wait前要加互斥锁：
防止调用 pthread_cond_wait之前其他线程改变条件，从而发生错乱。
linux线程间同步有几种方式?

1. 互斥锁(Mutex): 互斥算是一种特殊的同步。使用互斥锁可以确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。当一个线程进入临界区时，会锁定互斥锁，阻止其他线程进入该区域，直到该线程完成操作并释放锁。
2. 信号量(Semaphore): 信号量用于控制对有限数量的资源的访问。它们是一种计数器，可以对其进行递增或递减操作。当信号量值为零时，线程必须等待，直到另一个线程递增该信号量。
3. 条件变量(Condition Variable) : 条件变量用于在线程之间传递信号，以便某些线程可以等待某些条件发生。当某些条件发生时，条件变量会发出信号，使等待该条件的线程可以恢复执行。