线程的基本概念，线程的同步互斥机制

一、线程的概念

1 .1 什么是线程

        线程：线程是进程的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，是一个进程并发执行多个任务的机制。

        并发：单核CPU多任务同时运行，CPU以ms级进行进程调度

1.2 为什么引入线程

        进程间的切换表现为上下文的切换：

        上下文：运行一个进程所需要的所有资源

        上下文切换：从访问进程1到访问进程2，CPU访问的资源要替换原有内容，这个操作本身是一个耗时操作

        为了减少进程创建、撤销和切换时所付出的时空开销，使操作系统有更好的并发性，把资源的分配单位和调度单位分开，提出了线程。

        线程属于进程，每一个进程至少有一个线程作为指令执行体，线程运行在进程空间内，一个进程中可以有多个线程，因此程序也被称为多线程程序。

1.3 进程与线程的区别 

1. 进程是资源分配的最小单位，线程是任务运行的最小单位！！！
2. 进程与进程的用户空间相互独立，内核空间是所有进程共享，进程与进程之间的通信，需要引入进程间通信机制才能实现
3. 线程与线程共享其附属进程的所有资源，线程运行在进程空间内，线程与线程之间的通信，需要注意同步互斥
4. 创建多线程的效率比创建多进程高
5. 多进程的资源量比多线程高
6. 多进程稳定性比多线程高

二、线程的相关函数

2.1 pthread_create

 功能：创建一个线程

函数原型：

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

 参数：

        pthread_t *thread：存储创建后的线程id号

        pthread_attr_t *attr：线程的属性，填NULL。如果要设置，该位置需要通过pthread_attr_init初始化属性，可以设置分离属性              void *(*start_routine) (void *)：函数指针，该指针指向线程的任务执行体。该指针可以指向返回值是void*类型，参数列表是void*类型的函数，例如：void* callBack(void* arg){}

        void *arg：传递给函数指针指向的函数的参数

返回值：

        成功，返回0

        失败，返回错误编号，即非0

2.1.1 注意事项： 

1. 从主函数(main())进来的线程称为主线程，pthread_create创建的线程称之为分支线程或子线程
2. 一般来说，主线程会先运行，但实际运行情况需要按照时间片轮询机制
3. 主线程退出后(main()函数退出)，会导致进程结束，依附于该进程内的所有线程均会被强制退出
4. 分支线程退出不会影响主线程

 2.1.2 线程的传参

        定义一个全局变量，int a = 10，主线程和分支线程均能访问到，访问到的资源为同一份资源（即临界资源）

        在主线程定义一个局部变量，int b = 10，分支线程不能访问，同样，在分支线程定义一个局部变量，int c = 10，主线程不能访问。因为局部变量的生命周期以及作用域有限，那么如何实现这些资源的共享？

        1）主线程传参给分支线程

#include 
#include 
#include 

//线程执行体
void* callBack(void* arg)   //void* arg = &c
{
    while(1)
    {
        printf("this is other func c=%d %p __%d__\n", *(int *)arg, arg,__LINE__);                    
        sleep(1);
    }

    return NULL;
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
    //主线程定义一个局部变量
    int c = 10;
    //创建线程
    pthread_t tid;
    if(pthread_create(&tid, NULL, callBack, &c) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        printf("this is main function c=%d %p __%d__\n", c, &c, __LINE__);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

        2)分支线程传承给主线程 

#include 
#include 
#include 

//线程执行体
void* callBack(void* arg)   //void* arg = &c
{
    //分支线程定义一个局部变量
    int b = 10;
    *(int *)arg = &b;
    while(1)
    {
        printf("this is other func b=%d %p __%d__\n", b, &b,__LINE__);                    
        sleep(1);
    }

    return NULL;
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
    int get_b;
    //创建线程
    pthread_t tid;
    if(pthread_create(&tid, NULL, callBack, &get_b) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        printf("this is main function b=%d %p __%d__\n", get_b, &get_b, __LINE__);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

此时，主线程与分支线程打印的变量，值相等，地址不相等，若想它们的地址也相等我们可以用以下方法：

#include 
#include 
#include 

//线程执行体
void* callBack(void* arg)   //void* arg = &c
{
    //分支线程定义一个局部变量
    int b = 10;
    *(int **)arg = &b;
    while(1)
    {
        printf("this is other func b=%d %p __%d__\n", b, &b,__LINE__);                    
        sleep(1);
    }

    return NULL;
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
    int *get_b = NULL;
    //创建线程
    pthread_t tid;
    if(pthread_create(&tid, NULL, callBack, &get_b) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        printf("this is main function b=%d %p __%d__\n", *get_b, get_b, __LINE__);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

2.2 pthread_exit 

功能：退出线程,并传递线程退出状态值，线程退出后，会残留一部分资源，该资源可以被pthread_join回收

函数原型：

#include  
void pthread_exit(void *retval);

参数：

        void *retval：可以传递线程退出状态值，可以是任意类型数据;。数据会被pthread_join函数接收。参数可以填NULL，代表不返回任何数据

2.3 pthread_join

功能：阻塞函数，阻塞等待指定的线程退出。 线程退出后，会残留一部分资源，该资源可以被pthread_join回收

函数原型：

#include  
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数：

        pthread_t thread：指定要等待、回收哪一个线程的资源; void **retval：如果该参数不为NULL，则线程退出状态值会被拷贝到，当前指针指向的内存空间中。 填NULL，代表不接收退出状态值

返回值：

        成功，返回0

        失败，返回错误码，即非0

2.4 pthread_detach

功能：分离线程，线程退出后，由内核自动回收资源。不需要其他线程再调用pthread_join回收。当主线程有自己任务的时候，无法用pthread_join回收线程资源时，选择pthread_detach函数，自动回收资源

函数原型：

#include  
int pthread_detach(pthread_t thread);

参数：

        pthread_t thread：指定要分离的线程的tid号

返回值：

        成功，返回0

        失败，返回错误码，即非0

注意：当使用pthread_detach分离指定线程后，pthread_join函数将无法回收该线程资源，且pthread_join函数不再阻塞

2.5 pthread_cancel

功能：用一个线程请求另外一个指定线程退出，请求成功，不代表目标线程一定会退出

函数原型：

#include  
int pthread_cancel(pthread_t thread);

参数：

         pthread_t thread：指定要请求哪个线程退出，填对应的tid号

返回值：

        成功，返回0

        失败，返回错误码，即非0

注意事项：

1. pthread_cancel会给目标线程打上一个退出标签，CPU切换到目标线程后运行退出标签才能退出线程。
2. while循环、for循环等循环结构，以及算术运算等位置，无法打上退出标识，因此使用pthread_cancel函数无法退出线程
3. printf、sleep等需要耗时操作的函数可以打上退出标识