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POSIX 线程库功能接口与知识点汇总
—— Linux 平台
cnyinlinux 2016 元月 西安
库 : /lib64/libpthread.so*
头文件 : pthread.h
目 录
第一篇 线程创建与控制
第二篇 线程属性设置
第三篇 线程同步技术
开 篇
本文只是针对POSIX线程库功能接口与知识点的汇总罗列，仅供多线程编程时查阅参考。
第一篇 线程创建与控制
1.线程标识符pthread_t
此类型定义如下
/usr/include/bits/pthreadtypes.h : typedef unsigned long int pthread_t ;
注：线程有两重身份：1).线程身份; 2).子进程身份(各线程也具有pid)
2.线程创建
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
返回值：0成功
参数：thread 线程ID变量地址， attr 线程属性结构地址
start_routine 线程入口函数， arg 线程入口函数的参数列表
3.线程终止退出函数
void pthread_exit(void *retval);
入参为退出状态码保存地址，一般无视传入NULL
4.线程回收函数
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
父线程回收子线程时调用，若子线程未退出则挂起等待。
入参为目标线程的ID和退出状态，若目标线程被取消，则PTHREAD_CANCELED保存在*retval
5.线程分离
int pthread_detach(pthread_t thread);
将子线程分离出去，子线程结束后系统自动回收资源
分离后的子线程不可用pthread_join回收(报错返回)
6.线程信号发送
int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);
注：线程与进程信号原理一样，但影响范围不同。不可采用进程的信号处理方式对待线程
单一线程收到进程级信号，则影响整个进程
7.线程取消
int pthread_cancel(pthread_t thread);
取消一个线程即终止它，但不是立即结束，而是到下一个取消点到达时
取消点通常位于系统函数中。
人工取消点：void pthread_testcancel(void);
若线程中不存在具有取消点的函数调用，则人工加入取消点函数即可。
8.线程信号屏蔽字
int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
此用法与进程信号屏蔽字设置函数sigprocmask相似，仅作用范围不同
9.线程ID比较函数
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
判断两个线程ID是否相等
10.获取线程自身ID
pthread_t pthread_self(void);
返回值为自线程的ID
第二篇 线程属性设置
1.线程属性结构 pthread_attr_t
线程大多属性都可通过该结构体设置，在创建线程时通过pthread_create的第二个参数使其生效。其定义如下
/usr/include/bits/pthreadtypes.h : typedef union pthread_attr_t pthread_attr_t;
/*------------------------------------------------------------*/
# ifdef __x86_64__
# if __WORDSIZE == 64
# define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 56
# else
# define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 32
# endif
# else
# define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 36
# endif
union pthread_attr_t
{
char __size[__SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T];
long int __align;
};
/*------------------------------------------------------------*/
2.初始化/销毁 线程属性结构体
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
3.设置/获取 线程分离属性
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
线程分离属性值仅有2个可选项
PTHREAD_CREATE_DETACHED 分离
PTHREAD_CREATE_JOINABLE 未分离
4.设置/获取 线程栈信息
int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr,
void *stackaddr, size_t stacksize);
int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr,
void **stackaddr, size_t *stacksize);
若指定栈空间，栈大小必须不小于PTHREAD_STACK_MIN
还有两组关于栈信息的古老函数，建议弃用：
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize); //已过时，弃用
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize); //已过时，弃用
int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr); //已过时，弃用
int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr); //已过时，弃用
5.设置/获取 栈警戒区大小
int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);
int pthread_attr_getguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize);
防止栈溢出而设置的警戒区，应大于0
6.设置取消状态
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
取消状态有2个可选项
PTHREAD_CANCEL_ENABLE 可取消
PTHREAD_CANCEL_DISABLE 不可取消
7.设置取消类型
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);
取消类型有2个可选项
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED 取消响应在下次取消点到达时
PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS 取消响应为任意时刻点
第三篇 线程同步技术
1.线程锁(互斥量) pthread_mutext_t
定义在/usr/include/bits/pthreadtypes.h 中
/*------------------------------------------------------------*/
typedef union
{
struct __pthread_mutex_s
{
int __lock;
unsigned int __count;
int __owner;
#ifdef __x86_64__
unsigned int __nusers;
#endif
/* KIND must stay at this position in the structure to maintain
binary compatibility. */
int __kind;
#ifdef __x86_64__
int __spins;
__pthread_list_t __list;
# define __PTHREAD_MUTEX_HAVE_PREV 1
#else
unsigned int __nusers;
__extension__ union
{
int __spins;
__pthread_slist_t __list;
};
#endif
} __data;
char __size[__SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T];
long int __align;
} pthread_mutex_t;
/*------------------------------------------------------------*/
1-0.互斥量的种类：
A. PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP
B. PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP
C. PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP
D. PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP
E. PTHREAD_MUTEX_FAST_NP
| 锁类型 |
初始化方式 |
加解锁特征 |
调度特征 |
| 普通锁 |
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER |
加锁一次 解锁一次 |
先等待 先获得 |
| 嵌套锁 |
PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP |
同一线程可重复加锁，解锁同样次数才可释放 |
自由竞争 |
| 纠错锁 |
PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP |
重复加锁报错，只能由本线程解锁 |
先等待 先获得 |
| 自适应锁 |
PTHREAD_ADAPTIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP |
加锁一次 解锁一次 |
自由竞争 |
1-1.锁的初始化/销毁
pthread_mutex_t mutex;
1). 静态方式：mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER ;
2). 动态方式：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
^锁的种类由attr结构指定
3).锁的销毁 ： int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
1-2.锁的属性设置 pthread_mutexattr_t
A.初始化/销毁 锁属性结构
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
B.设置/获取 锁属性(种类)
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);
int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type);
type可选项：
PTHREAD_MUTEX_NORMAL
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT
PTHREAD_MUTEX_FAST_NP
1-3.加锁/解锁
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict abs_timeout);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
2.自旋锁pthread_spinlock_t
与互斥锁类似，但不释放CPU，适用于短程占用高频抢占式场景
2-0.自旋锁初始化/销毁
int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);
int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);
注：pshared可选项为：
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
PTHREAD_PROCESS_SHARED
2-1.自旋锁加解锁
int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);
int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);
3.读写锁pthread_rwlock_t
用于读多写少场景
3-0.读写锁初始化/销毁
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
3-1.读写锁属性pthread_rwlockattr_t
初始化/销毁
int pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t *attr);
int pthread_rwlockattr_destroy(pthread_rwlockattr_t *attr);
设置/获取 属性
int pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t *attr, int pshared);
int pthread_rwlockattr_getpshared(const pthread_rwlockattr_t *
restrict attr, int *restrict pshared);
pshared可选项为：
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
PTHREAD_PROCESS_SHARED
3-2.读写锁加解锁
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //读加锁
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //写加锁
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //解锁(读/写 通吃)
4.条件变量pthread_cond_t
事件触发机制技术，与线程锁协同使用
4-0.条件变量初始化/销毁
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
4-1.条件变量属性pthread_condattr_t
初始化/销毁
int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);
int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);
设置/获取 属性
int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr, int pshared);
int pthread_condattr_getpshared(const pthread_condattr_t *restrict attr,
int *restrict pshared);
pshared可选项为：
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
PTHREAD_PROCESS_SHARED
4-2.等待条件变量
与线程锁协同工作，wait之前应确保线程锁成功加锁，
下述wait函数内部率先解锁而后等待条件变化(挂起)，函数返回前再次加锁。
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict abstime);
使用流程：
/*------------------------------------------------------------*/
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //内部先解锁，而后等条件，最后加锁后返回
pthread_mutex_unlock(&mutex);
/*------------------------------------------------------------*/
4-3.唤醒条件挂起线程
当其他线程完成工作释放条件时，唤醒其他线程
但条件变量是互斥使用，只可能有一个线程获得该条件控制权
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); //只唤醒其中一个线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //可能会唤醒所有线程，产生惊群现象
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