Linux多线程

“过好每一天，就是对无奈人生最好的报复。” --朱德庸

在了解完Linux中信号的内容之后，我们接下来对多线程内容进行讲述，这一模块内容较长，请耐心。

对于多线程内容，我们将从接下来这几部分内容来讲述：线程概念，线程控制，线程安全和线程应用。

目录

1.线程概念

1.1内容

1.2线程和进程

1.3多线程在同一进程的执行特征

2.线程控制

2.1线程创建

2.2线程终止

2.2.1线程入口函数return

2.2.2退出当前线程

2.2.3退出指定线程

2.3线程等待与分离

2.3.1线程等待

2.3.1线程分离

1.线程概念

1.1内容

首先我们需要清楚的基本概念是，线程是进程中的一个执行流程，是CPU进程调度执行的基本单元，调度一段代码便是通过线程来完成的。（进程是系统分配资源的基本单元）

而在Linux中pcb是程序运行过程中的描述，因此在Linux下的线程是通过pcb来实现的。

则多进程和多线程的理解大致应该是：当我们需要完成一个多任务目标项时，多进程是编写多个程序对应多个任务，然后每个程序对应的pcb来调度执行各自的任务；而多线程是对于同一个程序而言，将程序内容划分成多个模块来对应多个任务，然后创建每个模块的pcb来调度各自的任务（Linux中一个进程允许有多个pcb）。

那么对于多进程而言，占用系统资源更多（创建了多个进程），但是运行稳定（进程之间相互独立，互不影响）；对于多线程而言，占用系统资源较少（将一个程序划分多个模块），但是运行容易崩溃，书写代码需多加注意（同一个程序中：一荣俱荣，一损俱损）。

最后读者引用以下apue中对于线程的讲述：

我们可以很明显看出，在Linux中线程功能便是将一个进程设计成为同一时间内可完成多个任务。也就是上述内容中笔者所提到的：将同一个程序设计分为多个模块，每个模块对应不同任务。

1.2线程和进程

我们再来总结一下，进程和线程的区别：

• 进程是系统进行资源分配的基本单元，每运行一个程序，操作系统便分配一次程序运行所需的资源；
• 线程是CPU进行执行调度的基本单元，在Linux中是通过pcb来实现的，其中一个进程允许有多个pcb，因此也被称为轻量级进程lwp。

对于多进程：稳定，不易崩溃；

对于多线程：线程间通信更加灵活（共享虚拟地址空）；创建和销毁成本更低（线程之间很多资源共享，单独创建内容较少）；同进程的线程调度成本更低（CPU上的快表信息，页表指针……都不需要替换）。

那么，当对程序的安全性和稳定性要求大于资源和性能要求时，我们便需要使用多进程来构建；反之，我们使用多线程。

1.3多线程在同一进程的执行特征

多线程是设计在同一个进程之中来完成不同的任务，那么为了避免线程执行不混乱，我们必须明确线程在进程之中的特征对其加以约束和控制。

首先从具体实现上而言，每个线程调度执行的就是一个函数。当我们市容vfork接口创建子进程之后，父子进程公用同一块虚拟地址空间，为了避免运行时可能出现的栈混乱，因此父进程会阻塞直到子进程替换或退出。

然后当多进程之间出现混乱时，我们可以将所有可能混乱的地方，给每个线程都拷贝一份，即手动实现线程之间的相互独立。

最后线程之间的独有信息有：标识符，栈，上下文数据，信号屏蔽字和errno……线程之间的共享信息有：虚拟地址空间，文件描述符，信号处理方式，工作路径，用户ID，组ID……

2.线程控制

线程的控制我们将从创建，终止，等待和分离这四部分讲述。不过在了解线程控制之前，我们需要了解的是，Linux中并不存在线程的直接内容，线程是我们在上层提出的概念，而Linux操作系统并没有单独的内容来对其进行实现。

也正如我们线程概念中提到的内容，Linux中的线程对应的是底层中的轻量级pcb，即lwp。所以Linux操作系统并未直接提供相应的系统调用接口供我们来实现线程控制，我们有关线程控制的所有操作都是前人封装而成的库函数。

2.1线程创建

int pthread_create(pthread_t *tid, pthread_attr *attr, void* (*routine)(void*), void *arg);

pthread_create函数的作用：创建一个线程，指定这个线程需要运行的函数routine，并且给该函数传入一个数据arg。

其中，tid：传入一个pthread_t类型变量的空间地址，用于接收线程ID--线程的操作句柄；attr：线程属性，通常制NULL； routine：函数指针，传入线程入口的函数地址，该线程调度执行的便是此函数；arg：给routine线程入口函数传入的参数。

返回值：创建线程成功则返回0，失败则返回非0值（错误编号）。

按照以往习惯，我们来通过书写代码进行一个说明：

书写完成之后，我们进行执行：

会报错，但是对于代码中的头文件pthread.h我们已经添加，为什么还会产生在mian中pthread_create未定义的情况。这是因为pthread的内容是我们连接第三方库来实现的，所以我们在执行中需要在gcc pcreate.c -o pcreate后加上-lpthread。

再次执行：

就不会产生错误啦~。而且我们能很直观看出二者好似在交替运行，但实际上并非如此，对于线程执行的优先级是由CPU调度决定了。这是我们在进程概念中提到的内容：CPU分时机制，即CPU的调度是通过时间片的分配来决定的。

所以当我们取消sleep之后，我们可以发现在线程自己的时间片之中，自身的内容会实现很多次。（结果太长，不便于展示，望读者自己动手）

2.2线程终止

线程的终止即是退出一个线程的运行，线程调度运行的是创建时所传入的routine函数，所以当routine函数退出后，线程也会退出。

线程终止的三种方式：

2.2.1线程入口函数return

当入口函数被return退出之后，对应的线程也便结束。不过需要注意的是：main中return退出的会是主进程，而不仅是主线程。

2.2.2退出当前线程

void pthread_exit(void* retval);

pthread_exit接口用于退出当前线程，可在线程的任意位置被调用，其中retval用于设计线程退出的返回值。

2.2.3退出指定线程

int pthread_cancel(pthread_t tid);

pthread_cancel接口用于退出指定进程，可在线程的任意位置被调用，其中tid便是会被退出的线程标识。注意被退出的线程其返回值会不可控，不能用其原本的退出返回值来判断。

2.3线程等待与分离

在了解线程等待与分离之前，我们需要了解两部分知识点。首先便是，当我们使用线程退出接口退出主线程后，我们可以发现其他我创建得到的线程依旧会照常运行。如下图展示：

并且在程序运行中，我们查看进程信息：

我们可以发现，当我们设计主线程退出时，其资源并没有被完全释放，而其是一种do_exit状态。 

那么第二点我们需要了解的内容便是，线程退出之后，该线程的资源也并不会立即完全被释放，因为我们需要保存其返回值。（值得注意的是：所有的线程退出之后，则进程退出释放资源；当进程打断进行退出，则会想退出所有的线程。）

了解完上述内容之后，我们来讲述线程等待和分离的内容：

2.3.1线程等待

线程等待便是：等待指定的线程退出，获取线程的返回值，回收退出线程的所有资源。

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

pthread_join接口用于线程等待，用于阻塞线程，等待tid线程执行完毕后，再执行接下来的线程。

其中，tid便是：要等待退出的指定线程tid；retval：用于获取线程的退出返回值。（因为线程退出返回值时void*类型，因此需要传入指针变量的地址，即二级指针）

返回值：成功返回0，失败返回非0（错误编号）。

通过代码来展示：

执行结果为：

可以很直观的看出，待entry线程运行结束之后，main主线程才开始执行。（真正操作时，大家需要格外注意线程中变量的生命周期，防止局部变量走出函数被释放其余线程访问错误情况。）

2.3.1线程分离

在线程属性中，存在一个格外的属性称作分离属性，默认值是joinable状态，表示线程退出之后，不会自动释放资源，需要被其他线程等待。

但是有些时候我们并不关心某个线程的返回值，更不期望等待它的退出，则此时我们可以将其状态设置为detach状态。表示该线程退出后，其资源会立即被释放，不需要被等待。

int pthread_detach(pthread_t tid);

pthread_detach接口便用于设计对应的线程属性为detach属性。其中，tid则是设计分离属性的detach的线程。

返回值：成功返回0，失败返回非0（错误编号）。