Linux多线程编程

线程同步： 多线程环境中，无论调度顺序怎么样，都能得到我们想要的结果
同步的方法： 信号量、互斥锁、条件变量、读写锁
互斥锁只能用于互斥型场景，它的作用等同于二值（0/1）信号量的作用

pthread_create：创建并启动线程
pthread_exit：退出线程

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 线程函数的返回值和参数都为void*
void* fun(void* arg){
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        printf("fun run\n");
        sleep(1);
    }
}

int main(){
    pthread_t id;
    // 线程id，线程属性，线程执行函数，函数参数  成功返回0
    int res = pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
    if(res != 0){
        printf("create thread error!\n");
        exit(0);
    }
    for(int i = 0; i < 2; i++){
        printf("main run\n");
        sleep(1);
    }
    // exit(0); //退出进程
    pthread_exit(NULL); // 退出线程
}

一般而言，主线程退出并不影响子线程，只是因为main函数结束时会自动调用exit，导致整个进程退出，所有线程都结束。

pthread_join：等待线程结束

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 线程函数的返回值和参数都为void*
void* fun(void* arg){
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        printf("fun run\n");
        sleep(1);
    }
    pthread_exit("fun over!\n");
}

int main(){
    pthread_t id;
    // 线程id，线程属性，线程执行函数，函数参数  成功返回0
    int res = pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
    if(res != 0){
        printf("create thread error!\n");
        exit(0);
    }
    for(int i = 0; i < 2; i++){
        printf("main run\n");
        sleep(1);
    }
    // exit(0); //退出进程
    // pthread_exit(NULL); // 退出线程
    char* info = NULL;
    pthread_join(id, (void**)&info); // 等待id线程结束
    printf("%s\n", info);
    exit(0);
}

分析打印结果

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 线程函数的返回值和参数都为void*
void* fun(void* arg){
    int index = *(int*)arg;
    for(int i = 0; i < 3; i++){
        printf("index = %d\n", index);
        sleep(1);
    }
}

int main(){
    pthread_t id[5];
    // 线程id，线程属性，线程执行函数，函数参数  成功返回0
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        pthread_create(&id[i], NULL, fun, &i);
    }
    
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        // 不接收返回值，传NULL
        pthread_join(id[i], NULL);
    }

    exit(0);
}

程序中，主线程创建了5个子线程，把变量i的地址传给fun，然而当子线程去从变量i的地址中获取值的时候，此时的值很可能已经被主线程改变了（改变后的值一定比创建线程时的值大），已经不是创建线程时传入的那个值了。

打印结果$\le 5000$

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int g_val = 0;

void* fun(void* arg){
    for(int i = 0; i < 1000; i++){
        g_val++;
    }
}

int main(){
    pthread_t id[5];
    // 线程id，线程属性，线程执行函数，函数参数  成功返回0
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        pthread_create(&id[i], NULL, fun, NULL);
    }
    
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        // 不接收返回值，传NULL
        pthread_join(id[i], NULL);
    }
    printf("g_val = %d\n", g_val);
    exit(0);
}

在多核处理器的机器上可能出现：一个线程读取数据进行加1，还没来得及写回，另外一个线程也读取了并且提前写回，这就导致最后的结果肯定小于5000

非线程安全函数strtok()

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 线程函数的返回值和参数都为void*
void* fun(void* arg){
    char arr[] = {"1 2 3 4 5 6"};
    char* s = strtok(arr, " ");
    while(s != NULL){
        printf("fun s = %s\n", s);
        sleep(1);
        s = strtok(NULL, " ");
    }
}

int main(){
    pthread_t id;
    pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);

    char str[] = {"a b c d e f"};
    char* p  = strtok(str, " ");
    while(p != NULL){
        printf("main p = %s\n", p);
        sleep(1);
        p = strtok(NULL, " ");
    }
    pthread_join(id, NULL);
    exit(0);
}

运行结果：

main p = a
fun s = 1
fun s = 2
main p = 3
main p = 4
fun s = 5
fun s = 6
main p = 6

出现问题： 出现字母后全是数字

非线程安全的函数是由什么原因导致？
函数内使用了全局变量或静态变量，导致函数strtok内部记录的全局变量被一个线程修改后，指向的地址就改变了，比如后面一直指向变量arr

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 线程函数的返回值和参数都为void*
void* fun(void* arg){
    char arr[] = {"1 2 3 4 5 6"};
    char* ptr = NULL; // 记录上次分割到哪了
    char* s = strtok_r(arr, " ", &ptr);
    while(s != NULL){
        printf("fun s = %s\n", s);
        sleep(1);
        s = strtok_r(NULL, " ", &ptr);
    }
}

int main(){
    pthread_t id;
    pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);

    char str[] = {"a b c d e f"};
    char* ptr = NULL;
    char* p  = strtok_r(str, " ", &ptr);
    while(p != NULL){
        printf("main p = %s\n", p);
        sleep(1);
        p = strtok_r(NULL, " ", &ptr);
    }
    pthread_join(id, NULL);
    exit(0);
}

运行结果：

main p = a
fun s = 1
main p = b
fun s = 2
fun s = 3
main p = c
fun s = 4
main p = d
fun s = 5
main p = e
main p = f
fun s = 6

多进程和多线程混用

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void* fun(void* arg){
    for(int i = 0; i < 50; i++){
        printf("fun run pid = %d\n", getpid());
        sleep(1);
    }
}

int main(){
    pthread_t id;
    pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
    
    fork();
    for(int i = 0; i < 50; i++){
        printf("main run pid = %d\n", getpid());
        sleep(1);
    }
    exit(0);
}

ps -eLf：查看进程和线程的信息

子进程拷贝的是父进程所有的资源（信号量、锁的状态一开始都是和父进程相同），但是子进程在哪拷贝就在哪开始执行，不会拷贝父进程拥有的线程。一句话总结就是：子进程产生的时候，该进程内部只有一个线程 。

如果一定要在多线程环境下使用多进程，一定要在没有线程使用锁的时候进行fork 。否则fork的时候不清楚锁的状态，子进程无法正常使用。

注意： 不能不管三七二十一，子进程上来就执行unlock，避免被lock某些资源随意被线程抢占。

解决办法： 使用pthread_atfork，fork前进行加锁，fork完成后父子进程都unlock

void prepare(void){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
}

void parent(void){
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void child(void){
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

pthread_atfork(prepare, parent, child);

进程pid
进程pid（进程ID）,每个进程在系统中都有一个唯一·的非负整数表示的进程ID，用getpid() 获取进程ID。

线程tid
线程tid（线程ID），每个线程在所属进程中都有一个唯一的线程ID，用pthread_self() 获取自身现成ID。有多个进程时，可能会出现多个线程ID相同的线程，故线程tid只在其所属的进程上下文中有意义，不能作为系统中某个线程的唯一标识符。

线程pid
线程pid，每个线程在系统中都有一个唯一的pid标识符，用系统调用sys_call(SYS_gettid()) 获取自身线程pid。主线程pid与所在进程pid相同。