Linux 线程：从零构建多线程应用：系统化解析线程API与底层设计逻辑

线程

线程的概述

在之前，我们常把进程定义为程序执行的实例，实际不然，进程实际上只是维护应用程序的各种资源，并不执行什么。真正执行具体任务的是线程。

那为什么之前直接执行a.out的时候，没有这种感受呢？

那是因为每一个进程中都会有一个主线程，我们默认执行的就是这个主线程。

线程创建比进程简单

进程通过返回值确定是哪块进程的代码。

线程不需要，创建一个线程，比较简单，像回调函数一样，调用线程创建函数，在对应函数体中操作这一线程即可。

从这往下的概述部分重点（理解背诵）

进程是系统分配资源的基本单位，线程是CPU执行基本调度的基本单位

比如如果线程是具体某个人，那么进程就是指部门

线程可以看作一个轻量级的进程（LWP：light weight process），在Linux环境下线程的本质仍是进程。

进程必须至少包含一个线程

线程依赖于进程，线程共享进程的资源，线程的系统资源有（计数器，一组寄存器和栈）

进程结束当前进程的所有线程都将立即结束

Linux内核是不区分进程和线程的，只有在用户层面上进行区分。所以，进程所有操作函数pthread*是库函数，而并非系统调用

线程共享资源

文件描述符
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

线程非共享资源

线程id
处理器现场和栈指针
独立的栈空间
errno变量
信号屏蔽字
调度优先级

线程被CPU调度，因此线程中有调度优先级，且线程间不共享

查看指定进程的线程号的命令：ps -Lf pid（进程号）

线程的API

API介绍用的代码较简短的代码我用图片展示。

只要看到了pthread.h 头文件，我们在编译的时候就需要加上 -lpthread

pthread_t 是无符号长整型

1、查看线程号

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

功能：

查看线程号

参数：

无参

返回值：

调用该函数的线程的线程ID

代码演示

代码运行结果

线程ID（通过pthread_self得到）和 IPW（轻量级进程）的区别

大家看这张图，可以看到这两个值有明显的区别

在Linux中，线程就是LWP（轻量级进程），全局唯一，由操作系统内核分配，用于系统调度和资源管理。

而

线程ID呢仅在同一进程内有效，是抽象标识符。由 pthread 库在进程内维护。

2、创建线程

#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

参数：

thread：线程标识符地址

attr：线程属性结构体地址，通常设置为NULL

属性这个参数，我们现在填写NULL，下面我会详细说一下这个参数。

start_routine：线程函数的入口地址

arg：传递给线程函数的参数

返回值：

成功：0

失败：非0

代码演示案例1

注意这里主进程一定要阻塞，因为进程结束，线程也会关闭

代码运行结果

案例二创建进程，每个线程有自己的线程函数

代码运行结果是一样的，大家只要知道能够这样用就可以了。

3、回收线程函数

函数介绍

功能：

等待线程结束（此函数会阻塞），并回收线程资源。如果线程已结束，那么该函数会立即返回。

参数：

thread：被等待的进程的进程ID

retval：用来存储线程退出状态的指针的地址

这里细说一下：retval的返回值类型我们可以看到是void **，这个变量需要用户创建，用来存储创建函数线程执行函数的返回值，返回值时void*类型。由于我们要得到它，就要提前创建一个void *的变量，再通过函数修改我们创建的变量为返回值的内容，由于是函数内部要函数外部的变量的值，因此需要传递所创建void *的变量的地址，因此时void **类型。

返回值：

成功：0

失败：非0

代码演示

代码运行结果

注意

由于带阻塞，因此有顺序，如下面这种情况

先等待tid1结束，回收tid1后，才会回收tid2

不管谁先结束，都是先1 后2

进程分离

创建好线程后，当多个任务同时进行，用上面的方法，会阻塞线程的释放，导致资源浪费（长时间不适用却霸占内存），因此这里我们就将其分离出去，把释放工作交给系统，系统发现它结束，就会释放

由于它的归属权已经归于系统，此时我们就不可以再对它使用join

注意这里的分离，并不是该线程不依赖于进程，而是将释放线程独立资源的权限交给了系统，进程还是依赖与进程的，依旧共享进程的空间

函数介绍

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);

功能：

使调用线程的独立资源回收工作与当前进程分离

参数：

thread：线程ID

返回值：

成功：0

失败：非零

代码演示主线程和子线程

本代码将实现主线程和子线程一起运行，并且利用主线程的正常工作，来验证pthread_detach的不阻塞的特性

代码运行结果

4、线程的取消和退出

注意要退出线程一定不要调用exit或者_exit 这两个是退出进程的函数，如果调用这个在线程中知道你的进程是什么，它会将进程退出，进程退出会导致所有的线程退出，那么我们该怎么让单个线程退出呢？

1、线程的退出（自杀）

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);

函数功能：

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的，因此通常线程退出后，所占用的资源并不会释放。

参数：

retval：存储线程退出状态的指针（return后的数据）

返回值：

无

2、线程的取消（他杀）

取消本线程，也可以取消当前进程的其他线程

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

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的，因此通常线程退出后，所占用的资源并不会释放。

参数：

thread：目标线程ID

返回值：

成功：0

失败：出错编号

注意

杀死线程也不是立刻就能完成，必须要到达取消点。

取消点：是线程检查是否被取消，并按请求进行动作的一个位置。通常是一些系统调用。

代码演示：

代码功能：子线程1实现5s后自杀，子线程2在7s时杀死子线程3，子线程2在10s时杀死自己。

这里我们会与遇到一个问题：当我们在线程2 中，我们首先需要传入本线程的名字（线程2），还需要传入子线程3的线程ID，我们该如何实现传两个参数呢？

答案在代码中，大家自己查看。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>//传递两个参数的办法就是借助结构体，将线程名和ID作为结构体成员后，将结构体传入 线程调用函数 中即可
//并且如果要实现tid3的修改同步到结构体内，需要传递tid3的指针类型
typedef struct dataDouble
{char name[32];pthread_t *id;
}DATA;//线程调用函数声明
void *my_fun1(void *arg);
void *my_fun2(void *arg);
void *my_fun3(void *arg);
int main(int argc, char const *argv[])
{//创建线程ID遍历（存放线程ID）pthread_t tid1,tid2,tid3;DATA *tid2_data = (DATA *)calloc(1,sizeof(DATA));tid2_data->id = &tid3;strcpy(tid2_data->name,"子进程2");//创建线程pthread_create(&tid1,NULL,my_fun1,(void *)"子线程1");pthread_create(&tid2,NULL,my_fun2,(void *)tid2_data);pthread_create(&tid3,NULL,my_fun3,(void *)"子线程3");//释放线程pthread_detach(tid1);pthread_detach(tid2);pthread_detach(tid3);//阻塞进程while(1);//释放结构体申请空间，一定要在全部线程结束之后free(tid2_data);return 0;
}
//线程调用函数体实现
void *my_fun1(void *arg)//线程1 在5s的时候自杀
{int i = 0;while(1){sleep(1);printf("----%s的运行时间为：%d\n",(char *)arg,++i);if(i == 5){pthread_exit(NULL);}}
}
void *my_fun2(void *arg)//线程2 在7s的时候杀死线程3，在10s的时候自杀（使用cancel）
{DATA data = *(DATA *)arg;int i = 0;while(1){sleep(1);printf("--------%s的运行时间为：%d\n",data.name,++i);if(i == 7){pthread_cancel(*data.id);}if(i == 10){pthread_cancel(pthread_self());}}
}
void *my_fun3(void *arg)
{int i = 0;while(1){sleep(1);printf("------------%s的运行时间为：%d\n",(char *)arg,++i);}
}

代码运行结果