【Linux】POSIX线程库——线程控制

目录

1.线程创建方法

例：多线程创建

2.线程终止

2.1 return nulptr;

2.2 pthread_exit(nullptr);

3. 线程等待

3.1 等待原因

3.2 等待方法

线程终止的返回值问题

4.线程取消

5. 线程分离

5.1 分离原因

5.2 分离方法

6.封装线程

用的接口是POSIX线程库（即原生线程库）

  • 使用时头文件<pthrea.h>
  • 编译器命令要带-lpthread选项

1.线程创建方法

  • 参数：
  1. pthread_t * thread：输出型参数，返回线程id（tid，不是LWP）
  2. const pthread_attr_t *attr：线程属性，一般NULL默认
  3. start_routine：线程创建后要执行的回调函数
  4. arg：传给回调函数的参数
  • 错误检查：pthread出错时不会设置errno，而是通过返回值返回。原因：因为线程缺乏访问控制，如果修改全局的errno，可能会影响到其他线程。
  • 返回值：调用pthread函数时的错误码，跟回调函数返回值没关系。

例：多线程创建

#include <pthread.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
void *start_routine(void *args)
{string name = static_cast<char *>(args);while (true){cout << "我是线程" << name << endl;sleep(1);}
}int main()
{
#define NUM 10for (int i = 0; i < NUM; i++){pthread_t tid;char buffer[64] = {};snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%s:%d", "thread", i); // 给每个线程不一样的编号pthread_create(&tid, NULL, start_routine, buffer);sleep(1);//【创建时sleep和不sleep的两种不同结果】}while (true){cout << "批量创建线程成功，我是主执行流" << endl;sleep(1);}return 0;
}

结果1：创建时sleep

结果2：创建时不sleep

原因分析：给线程回调函数的参数是缓冲区地址buffer，主线程和子线程的调度顺序不能确定，所以可能是先子线程打印，也可能先主线程覆盖式写入buffer，每个子线程访问的都是覆盖后的buffer。

更正：

class ThreadData
{
public:pthread_t tid;char namebuffer[64];
};void *start_routine(void *args)
{sleep(1); // 子线程先不打印，让主线程先打印线程的创建情况int cnt = 10;ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);while (cnt--){cout << "我是线程" << td->namebuffer << " " << "还需执行任务次数:" << cnt << endl;sleep(1);}return nullptr;
}int main()
{vector<ThreadData *> threads;
#define NUM 10for (int i = 0; i < NUM; i++){ThreadData *td = new ThreadData();snprintf(td->namebuffer, sizeof(td->namebuffer), "%s:%d", "thread", i); // 每个线程一个new一个Data对象，一个专属buffer用来存name，不会再覆盖了pthread_create(&td->tid, NULL, start_routine, td);threads.push_back(td);// sleep(1);}for (auto &iter : threads){cout << "创建线程：" << iter->namebuffer << ":" << iter->tid << "success" << endl;}while (true){cout << "批量创建线程成功，我是主执行流" << endl;sleep(1);}return 0;
}

start_routine处于被重入状态，是可重入函数吗？是，没有访问临界资源，函数内部定义的局部变量不会互相影响，存储在线程各自的独立栈结构。

2.线程终止

exit不能用来终止线程，因为exit终止进程。

注意主线程如果退出（return或exit），整个进程退出。

2.1 return nulptr;

2.2 pthread_exit(nullptr);

返回值都暂时设置为nullptr，在线程等待部分讲解。

3. 线程等待

入如何拿到回调函数的返回值？线程等待。

线程如果不等待回收资源，会造成内存泄漏的问题，类似僵尸进程。

3.1 等待原因

1.获取线程的退出信息。

2.线程退出后，回收线程对应的PCB等内核资源，防止内存泄漏。OS没有提供方法查看"僵尸线程"。

3.2 等待方法

  • 参数：
  1. pthread_t thread：线程tid，创建线程是的输出型参数。
  2. retval：二级指针
  • 错误：由返回值int代表错误码，错误返回错误码，成功返回0。
  • 等待方式：阻塞式等待

线程终止的返回值问题

pthread_exit退出时，参数是void*；return退出时，回调函数的返回值类型必须是void*的。void *(*start_routine) (void *)

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

回调函数的返回值void*和pthread_join的二级指针void**是什么关系?

首先复习：

1.返回值是void*类型，存储void*的地址就必须用void**类型的指针变量。

2.指针和指针变量严格来说不一样

指针是一个字面值，指32位或64位地址(虚拟或物理地址)，只能做右值。

指针变量是一个变量，变量里保存的是地址数据，可以做左值也可以做右值。

分析pthread_join需要二级指针来拿到返回值的原因：

函数调用的返回值存储在库当中，在库为线程创建的独立栈结构上。库想要把这个void*类型的变量传递给外部的、由用户定义的接收返回值的变量，需要【接收返回值的变量】的地址，才能直接修改外部变量。

回调函数的返回值为什么是void*，而不是直接传值返回

为了返回任意类型的对象，所以传指针返回。用户接收指针后自己强转类型就行。（类比模板。同理，回调函数的参数是void*的原因也就明白喽。)

再复习，函数返回值

1.如果传值返回，对返回值的存储位置没有要求，只需要拷贝一份给接收返回值的变量

2.如果传址返回，拷贝的是地址，只能返回【堆空间变量】的地址，不能返回【栈上变量】的地址，因为函数内的局部变量会在函数调用结束后释放，拷贝拿到的就是野指针。

例：线程回调函数返回自定义类型对象的指针

class ThreadReturn
{
public:bool _result;int _exit_code;std::string _reason;ThreadReturn(bool result, int exit_code, const string &reason): _result(result), _exit_code(exit_code), _reason(reason){}static ThreadReturn *ThreadReturn_success(){return new ThreadReturn(true, 0, "标准正确返回");}static ThreadReturn *ThreadReturn_success(int exit_code, const string &reason) // 自定义正确返回{return new ThreadReturn(true, exit_code, reason);}static ThreadReturn *ThreadReturn_false(int exit_code, const string &reason) // 自定义错误返回{return new ThreadReturn(false, exit_code, reason);}static ThreadReturn *ThreadReturn_false(){return new ThreadReturn(false, -1, "标准错误返回");}
};// 线程等待for (auto &it : threads){void *r = nullptr;int ret = pthread_join(it->tid, &r);assert(ret == 0);cout << "回收：" << it->namebuffer << "线程返回值：" << ((ThreadReturn *)r)->_reason << endl;delete it;}

返回的时候，你可以return ThreadReturn::ThreadReturn_success();//这本来就是一个堆地址

不要直接 return &ThreadReturn(true, 0, "标准正确返回");//这是一个栈上的变量的地址。

通过线程等待只能拿到线程回调函数的返回值，而不包含退出信号。

因为信号发送给整个进程，子进程信号通过父进程进程等待获取，或进程调用signal捕捉信号。

4.线程取消

  • 功能：一个线程可以调用pthread_ cancel终止同一进程中的线程。
  • 方法

  • 参数：pthread_t tid，就是线程创建时传入的输出型参数。
  • 返回值：int，表示cancel函数的调用情况。
  • 被取消线程的退出码（join拿到的函数返回值）是-1。

例：取消一部分线程，查看被取消线程的返回值

void *start_routine(void *args)
{sleep(1); // 子线程先不打印，让主线程先打印线程的创建情况int cnt = 10;ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);while (1){cout << "我是线程" << td->namebuffer << endl;sleep(1);}// return (void *)td->number;return ThreadReturn::ThreadReturn_success();
}int main()
{vector<ThreadData *> threads;
#define NUM 10for (int i = 0; i < NUM; i++){ThreadData *td = new ThreadData();td->number = i + 1;snprintf(td->namebuffer, sizeof(td->namebuffer), "%s:%d", "thread", i); // 每个线程一个new一个Data对象，一个专属buffer用来存name，不会再覆盖了pthread_create(&td->tid, NULL, start_routine, td);threads.push_back(td);}for (auto &iter : threads){cout << "创建线程：" << iter->namebuffer << ":" << iter->tid << "success" << endl;}// 线程取消sleep(5); // 先让线程都调度起来才能取消for (size_t i = 0; i < 5; i++){auto iter = threads[i];pthread_cancel(iter->tid);cout << "取消线程" << iter->namebuffer << "success" << endl;}for (auto &it : threads) // 只能回收到被取消的线程，然后阻塞等待{void *r = nullptr;int ret = pthread_join(it->tid, &r);assert(ret == 0);cout << "回收：" << it->namebuffer << "线程返回值：" << (long long)r << endl;delete it;}return 0;
}

被取消线程将-1这个整形存入void*，这时注意别解引用*(int *)r

原因：

  • r是64位地址，转int*精度丢失
  • 转成*(uint64_t*)r，精度不丢失了，但还是不行。r里存的是-1，解引用指针变量的时候，会将变量里存的数据理解成地址-1，去访问-1地址。我们人为理解void*里存的就是函数/线程退出码，可不能解引用去访问这块地址的空间，不然会发生段错误越界访问。

这样才是对的：(long long)r

5. 线程分离

5.1 分离原因

主线程不想阻塞式等待，不在乎线程退出状态，想线程退出就自动回收线程资源。

5.2 分离方法

  • 同一进程内其他线程对目标线程进行分离

  • 也可以是线程自己分离

int pthread_detach(pthread_self());
  • 获取调用线程的tid的方法

 

返回值：调用线程的tid。当pthread_self()函数被主线程（即main函数所在的线程）调用时，它返回的是主线程的线程PID。

线程一般都是joinable的，可以被pthread_join等待。如果线程为分离状态，就不能被等待，join会失败。

线程创建后，新线程和主线程的调度顺序不确定，如果主线程先join阻塞等待，而线程分离自己在后。主线程在不知道线程分离的情况下，开始阻塞等待，子线程就算后来分离成功，主线程也不知道，所以等子线程退出，就被主线程等待成功了。

所以建议由主线程去分离新线程。主线程往后被调度时，新线程一定处于分离态。

6.封装线程

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <pthread.h>
#include <cassert>class Thread;class Context
{
public:Thread *_this;void *_args;public:Context() : _this(nullptr), _args(nullptr) {}~Context() {}
};class Thread
{
public:using func_t = std::function<void *(void *)>;const int num = 1024;public:Thread(func_t func, void *args, int number): _func(func), _args(args){char buffer[num] = {0};snprintf(buffer, sizeof(buffer), "thread-%d", number);_name = buffer;}static void *start_routine(void *args) // pthread_create没有直接调用_func，为了参数类型匹配，这个函数需要是static的，但是在函数内部又需要拿到类对象的内容，所以参数为结构体（this,args）{Context *ctx = static_cast<Context *>(args);void *ret = ctx->_this->run(ctx->_args);delete ctx;return ret;}void *run(void *args){return _func(args);}void start(){Context *ctx = new Context();ctx->_args = _args;ctx->_this = this;// int n = pthread_create(&_tid, nullptr, _func, _args);_func函数指针对象，和c的函数指针不能不能互相转化int n = pthread_create(&_tid, nullptr, start_routine, ctx); // 调静态成员函数assert(n == 0);(void)n;}void join(){int ret = pthread_join(_tid, nullptr);assert(ret == 0); // assert在release下不存在(void)ret;}~Thread(){}private:std::string _name;pthread_t _tid;func_t _func;void *_args;
};

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