Linux&Apue（0.3.0）：多线程基本知识&多线程编程
（一）多线程基本知识
为什么要学习线程呢？之前我们不是学了进程吗？通过创建进程一样可以实现多个程序的并发运行。那么我们学习线程的意义在于什么？
意义：
假设，在我们完成相关任务的不同代码间需要交换数据时候。
如果采用多进程并发方式：
①进程创建比线程创建花费时间多
②进程之间通信比较麻烦
采用多线程方式：
①共享全局变量，线程间数据交换会比较高效。
(1) 什么是线程？多线程？
线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是进程的一条执行路径，在Unix系统下也被称为轻量级进程（轻量进程更多指内核线程，而把用户线程称为线程）。所有的线程都是在同一进程空间运行，这也意味着多条线程将共享该进程中的全部系统资源。
多线程：一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。
（2）多线程中的主线程&子线程
就像我们多进程一样，我们有父进程，有子进程。那么多线程也一样，有主线程，有子线程等。
2.1 主线程
主线程：一个进程创建后，会首先生成一个缺省的线程，称为主线程。
2.2 子线程
子线程：由主线程调用pthread_create()创建的线程。
特点：
①有自己的入口函数，该函数由用户在创建的时候指定。
②每个线程都有自己的线程ID，可以通过pthread_self()函数获取。
2.3 主线程与子线程的关系
主线程和子线程的默认关系:无论子线程执行完毕与否，一旦主线程执行完毕退出，所有子线程执行都会终止。
产生的问题：
①当进程结束或僵死后，部分线程保持一种终止执行但还未销毁的状态，而进程必须在其所有线程销毁后销毁，这时进程处于僵死状态。（这就像工厂要关门了，结果发现里面还有工人，他们还没有完成任务。这时工厂如果要关门，只有把它们赶走后才能关门）
②线程函数执行完毕退出，或以其他非常方式终止，线程进入终止态，但是为线程分配的系统资源不一定释放，可能在系统重启之前，一直都不能释放，终止态的线程，仍旧作为一个线程实体存在于操作系统中，什么时候销毁，取决于线程属性。（这就像工厂要关门了，催促工人赶紧走，但是有些工人急急忙忙走后，但运行的机器没有被关闭）
所以，我们需要提前设置线程属性去解决这些问题。
2.3.1 可会合
可会合：主线程需要明确执行等待操作，在子线程结束后，主线程的等待操作执行完毕，子线程和主线程会合，这时主线程继续执行等待操作之后的下一步操作。主线程必须会合可会合的子线程。在主线程的线程函数内部调用子线程对象的wait函数实现，即使子线程能够在主线程之前执行完毕，进入终止态，也必须执行会合操作，否则，系统永远不会主动销毁线程，分配给该线程的系统资源也永远不会释放。（简单来说：就是上面提到的，工厂需要确保工人和机器都关闭了再关门）
2.3.2 相分离
相分离：表示子线程无需和主线程会合，也就是相分离的。这种情况下，子线程一旦进入终止状态，这种方式常用在线程数较多的情况下，有时让主线程逐个等待子线程结束，或者让主线程安排每个子线程结束的等待顺序，是很困难或不可能的，所以在并发子线程较多的情况下，这种方式也会经常使用。（简答来说：工厂虽然关门了，但是让工人们完成自己任务后，自己从后门出去（释放系统资源））
(3) 多线程中常用函数
3.1 pthread_create（）函数
pthread_create（）函数：创建一个线程。
#include int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void*arg);
| 参数 | 功能 |
|---|---|
| *thread | 指向线程标识符的指针 （返回线程ID） |
| pthread_attr_t*attr | 设置线程属性。 |
| start_routine | 线程运行函数的起始地址 |
| arg | 运行函数的参数 |
详解：void *(*start_routine) (void *)
定义函数指针： start_routine
返回值：void *(一个指针）
参数：void *（一个指针）
pthread_attr_t定义：
typedef struct
{
int detachstate; //线程的分离状态
int schedpolicy; //线程调度策略
struct sched_param schedparam; //线程的调度参数
int inheritsched; //线程的继承性
int scope; //线程的作用域
size_t guardsize; //线程栈末尾的警戒缓冲区大小
int stackaddr_set;
void * stackaddr; //线程栈的位置
size_t stacksize; //线程栈的大小
}pthread_attr_t;
3.1.1 pthread_attr_init （）函数
pthread_attr_init （）函数：初始化一个线程对象的属性。
注意：一般调用了pthread_attr_init（）函数初始化线程属性后，要用pthread_attr_destroy（）函数对其去初始化
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
参数：要初始化线程属性结构的指针
3.1.2 pthread_attr_destroy（）函数
pthread_attr_destroy（）函数：销毁一个目标结构，并且使它在重新初始化之前不能重新使用。
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
参数：要删除的线程属性结构体指针
3.1.3 pthread_attr_setstacksize（）函数
int pthread_attr_setstacksize（）函数：设置线程堆栈大小
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
默认堆栈大小： 8388608； 堆栈最小：16384 。单位：字节
3.1.4 pthread_attr_setdetachstate（）函数
pthread_attr_setdetachstate（）函数：设置线程关系是可会合还是相分离（默认：可会合）
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //设置为相分离
3.2 pthread_join（）函数
pthread_join（）函数：等待一个线程的结束,线程间同步的操作。
注意：一个线程不能被多个线程等待，也就是说对一个线程只能调用一次pthread_join，否则只有一个能正确返回，其他的将返回ESRCH 错误。
#include int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
| 参数 | 功能 |
|---|---|
| thread | 线程ID |
| retval | 用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值 |
示例：
pthread_join(tid, NULL);
3.3 pthread_exit（）函数
pthread_exit（）函数：终止调用它的线程并返回一个指向某个对象的指针。
void pthread_exit(void* retval);
pthread_exit（）
（二）多线程编程
目的：用简单例子讲解多线程创建基本使用，并且了解子线程共享主线程的数据。
(1) 设置线程属性
#include (2) 创建子线程，并用while让主线程不断工作
//二、创建线程
//线程1
pthread_create(&tid, &thread_attr, thread_worker1, &shared_var); //线程ID 线程属性
printf("Thread worker1 tid[%ld] created ok\n", tid);
//线程2
pthread_create(&tid, NULL, thread_worker2, &shared_var);
printf("Thread worker2 tid[%ld] created ok\n", tid);
//销毁线程
pthread_attr_destroy(&thread_attr);
//等待线程2退出再执行下面代码
pthread_join(tid, NULL);
//主线程工作
while(1)
{
printf("Main/Control thread shared_var: %d\n", shared_var);
sleep(10);
}
}
简析：
①调用pthread_attr_destroy（）：对其去除初始化（pthread_attr_init）
②调用pthread_join（）：因为worker1设置了相分离的关系，所以并不会返回主线程。所以，这里pthread_join（）函数等待的是worker2结束。
(3） 子线程运行函数
void *thread_worker1(void *args)
{
int *ptr = (int *)args;
if( !args )
{
printf("%s() get invalid arguments\n", __FUNCTION__);
pthread_exit(NULL); //若用exit会退出进程
}
printf("Thread workder 1 [%ld] start running...\n", pthread_self());
//子线程工作
while(1)
{
printf("+++: %s before shared_var++: %d\n", __FUNCTION__, *ptr);
*ptr += 1;
sleep(2);
printf("+++: %s after sleep shared_var: %d\n", __FUNCTION__, *ptr);
}
printf("Thread workder 1 exit...\n");
return NULL;
}
void *thread_worker2(void *args)
{
int *ptr = (int *)args;
if( !args )
{
printf("%s() get invalid arguments\n", __FUNCTION__);
pthread_exit(NULL);
}
//子线程工作
printf("Thread workder 2 [%ld] start running...\n", pthread_self());
while(1)
{
printf("---: %s before shared_var++: %d\n", __FUNCTION__, *ptr);
*ptr += 1;
sleep(2);
printf("---: %s after sleep shared_var: %d\n", __FUNCTION__, *ptr);
}
printf("Thread workder 2 exit...\n");
return NULL;
}
简析：
①这里__FUNCTION__作用是：获取函数名。
(4) 编译代码并执行程序
gcc thread.c -o thread -lpthread
./thread
(5) 结果显示
