【Linux】【应用层】多线程编程

一、线程创建

Linux 中的 pthread_create() 函数用来创建线程，它声明在头文件中，语法格式如下：

int pthread_create(pthread_t *thread,
                   const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *),
                   void *arg);

各个参数的含义是：

1. pthread_t *thread：传递一个 pthread_t 类型的指针变量，也可以直接传递某个 pthread_t 类型变量的地址。pthread_t 是一种用于表示线程的数据类型，每一个 pthread_t 类型的变量都可以表示一个线程。
2. const pthread_attr_t *attr：用于手动设置新建线程的属性，例如线程的调用策略、线程所能使用的栈内存的大小等。大部分场景中，我们都不需要手动修改线程的属性，将 attr 参数赋值为 NULL，pthread_create() 函数会采用系统默认的属性值创建线程。
3. void *(*start_routine) (void *)：以函数指针的方式指明新建线程需要执行的函数，该函数的参数最多有 1 个（可以省略不写），形参和返回值的类型都必须为 void* 类型。void* 类型又称空指针类型，表明指针所指数据的类型是未知的。使用此类型指针时，我们通常需要先对其进行强制类型转换，然后才能正常访问指针指向的数据。

如果该函数有返回值，则线程执行完函数后，函数的返回值可以由 pthread_join() 函数接收。有关 phtread_join()

4. void *arg：指定传递给 start_routine 函数的实参，当不需要传递任何数据时，将 arg 赋值为 NULL 即可。
   如果成功创建线程，pthread_create() 函数返回数字 0，反之返回非零值。各个非零值都对应着不同的宏，指明创建失败的原因，常见的宏有以下几种：
   EAGAIN：系统资源不足，无法提供创建线程所需的资源。
   EINVAL：传递给 pthread_create() 函数的 attr 参数无效。
   EPERM：传递给 pthread_create() 函数的 attr 参数中，某些属性的设置为非法操作，程序没有相关的设置权限。

以上这些宏都声明在 头文件中，如果程序中想使用这些宏，需提前引入此头文件。

二、线程通信

在Linux中，多线程通信可以使用许多不同的机制。以下是一些常用的多线程通信方法：

1. 互斥锁（mutex）：互斥锁用于保护共享资源，以便在任何时候只有一个线程可以访问它。当一个线程获得互斥锁后，其他线程将被阻塞，直到该线程释放锁。
2. 条件变量（condition variable）：条件变量用于在线程之间传递信息，因为它们允许一个线程等待另一个线程满足某个条件。当条件变量满足时，线程可以继续执行；否则，线程将被阻塞。
3. 信号量（semaphore）：信号量用于控制对共享资源的访问，但它们可以同时允许多个线程访问资源。信号量具有计数器，当计数器为0时，调用sem_wait()函数的线程将被阻塞，直到另一个线程调用sem_post()函数增加计数器。
4. 管道（pipe）：管道可以用于在进程之间传递数据，也可以用于在线程之间传递数据。在多线程环境中，可以使用匿名管道或命名管道来实现线程之间的通信。
5. 共享内存（shared memory）：共享内存允许多个线程访问同一块内存区域。这种方式是最快的 IPC 方式，但需要开发者自行处理同步问题。

这些机制可以单独或组合使用。例如，互斥锁和条件变量经常一起使用，以便在线程之间保护共享资源并传递信息。在实践中，选择哪种方法通常取决于应用程序的需求，以及性能、可维护性等方面的考虑。

三、示例代码

#include 
#include 

static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t  cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

static int data_ready = 0;
static int data = 0;

void* thread_func(void *arg)
{
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (!data_ready) {
            pthread_cond_wait(&cond, &lock);
        }
        std::cout << "Data received: " << data << std::endl;
        data_ready = 0;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);

    int input;
    while (1) {
        std::cin >> input;

        pthread_mutex_lock(&lock);
        data = input;
        data_ready = 1;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }

    return 0;
}

pthread不是linux下的默认的库，也就是在链接的时候，无法找到phread库中join函数的入口地址，链接会失败。因此需要编译命令时，附加
-lpthread 参数。（-l是L是小写 不是i的大写I） g++ main.cpp -o main -lpthread