Linux多线程实践（二）线程基本API（POSIX）
我们知道，进程在各自独立的地址空间中运行，进程之间共享数据需要用进程间通信机制，有些情况需要在一个进程中同时执行多个控制流程，这时候线程就派上了用场，比如实现一个图形界面的下载软件，一方面需要和用户交互，等待和处理用户的鼠标键盘事件，另一方面又需要同时下载多个文件，等待和处理从多个网络主机发来的数据，这些任务都需要一个“等待-处理”的循环，可以用多线程实现，一个线程专门负责与用户交互，另外几个线程每个线程负责和一个网络主机通信。
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
创建一个新的线程
参数
thread:线程ID
attr:设置线程的属性，一般设置为NULL表示使用默认属性
start_routine:是个函数地址，线程启动后要执行的函数
arg:传给线程启动函数的参数
返回值：成功返回0；失败返回错误码;
以前学过的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno，但这是为了兼容其它函数接口而提供的，pthread库本身并不使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror(3)打印错误信息，可以先用strerror(3)把错误号转换成错误信息再打印。读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销更小!
/** 实践: 新的错误检查与错误退出函数 **/
inline void err_check(const std::string &msg, int retno)
{
if (retno != 0)
err_exit(msg, retno);
}
inline void err_exit(const std::string &msg, int retno)
{
std::cerr << msg << ": " << strerror(retno) << endl;
exit(EXIT_FAILURE);
}
pthread_exit
void pthread_exit(void *value_ptr);
value_ptr：value_ptr不要指向一个局部变量，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。
返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）
如果需要只终止某个线程而不终止整个进程，可以有三种方法：
1、从线程函数return。这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于调用exit，而如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止。
2、一个线程可以调用pthread_cancel 终止同一进程中的另一个线程。
3、线程可以调用pthread_exit终止自己。
pthread_joinint pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
当pthread_create 中的 start_routine返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值，类似于父进程调用wait(2)得到子进程的退出状态。
调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下：
1、如果thread线程通过return返回，value_ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
2、如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，value_ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
3、如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ptr参数。
/** 示例: 等待线程退出 **/
void *thread_rotine(void *args)
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(20);
}
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
pthread_t thread;
int ret = pthread_create(&thread, NULL, thread_rotine, NULL);
err_check("pthread_create", ret);
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(20);
}
ret = pthread_join(thread, NULL);
err_check("pthread_join", ret);
putchar('\n');
return 0;
}
pthread_self
pthread_t pthread_self(void);返回线程ID
在Linux上，pthread_t类型是一个地址值，属于同一进程的多个线程调用getpid(2)可以得到相同的进程号，而调用pthread_self(3)得到的线程号各不相同。线程id只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中pthread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印。
/** 示例：主控线程与子线程传递数据 **/
typedef struct _Student
{
char name[20];
unsigned int age;
} Student;
void *threadFunction(void *args)
{
cout << "In Thread: " << pthread_self() << endl;
Student tmp = *(Student *)(args);
cout << "Name: " << tmp.name << endl;
cout << "Age: " << tmp.age << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
Student student = {"tach",22};
pthread_t thread;
//启动创建并启动线程
pthread_create(&thread,NULL,threadFunction,&student);
//等待线程结束
pthread_join(thread,NULL);
return 0;
}
pthread_cancel
int pthread_cancel(pthread_t thread);线程取消的方法是向目标线程发Cancel信号，但如何处理Cancel信号则由目标线程自己决定，或者忽略、或者立即终止、或者继续运行至Cancelation-point（取消点），由不同的Cancelation状态决定 。
pthread_detach
int pthread_detach(pthread_t thread);
一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止（僵线程）。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL。对一个尚未detach的线程调用pthread_join或pthread_detach都可以把该线程置为detach状态，也就是说，不能对同一线程调用两次pthread_join，或者如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。
这个函数既可以在主线程中调用，也可以在thread_function里面调用。
总结：进程 VS. 线程
| 进程(pid_t) |
线程(pthread_t) |
| Fork |
Pthread_create |
| Waitpit |
Pthread_join/Pthread_detach |
| Kill |
Pthread_cancel |
| Pid |
Pthead_self |
| Exit/return |
Pthread_exit/return |
| 僵尸进程(没有调用wait/waitpid等函数) |
僵尸线程(没有调用pthread_join/pthread_detach) |
/** 将并发echo server改造成多线程形式 **/
void echo_server(int clientSocket);
void *thread_routine(void *arg);
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sockfd == -1)
err_exit("socket error");
int optval = 1;
if (setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&optval,sizeof(optval)) == -1)
err_exit("setsockopt error");
struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(8002);
serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //绑定本机的任意一个IP地址
if (bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(serverAddr)) == -1)
err_exit("bind error");
if (listen(sockfd,SOMAXCONN) == -1)
err_exit("listen error");
while (true)
{
int peerSockfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
if (peerSockfd == -1)
err_exit("accept error");
pthread_t tid;
/**注意: 下面这种用法可能会产生问题
当另一个连接快读快速到达, peerSockfd的内容更改,
新创建的线程尚未将该值取走时,线程读取的就不是
我们原来想让线程读取的值了
int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, (void *)&peerSockfd);
**/
//解决方案: 为每一个链接创建一块内存 ，注意之后要释放
int *p = new int(peerSockfd);
int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, p);
if (ret != 0)
err_thread("pthread_create error", ret);
}
close(sockfd);
}
void *thread_routine(void *args)
{
//将线程设置分离状态, 避免出现僵尸线程
pthread_detach(pthread_self());
int peerSockfd = *(int *)args;
//注意函数中指针取出之后记得将内存释放掉
delete (int *)args;
echo_server(peerSockfd);
cout << "thread " << pthread_self() << " exiting ..." << endl;
pthread_exit(NULL);
}
void echo_server(int clientSocket)
{
char buf[BUFSIZ] = {0};
int readBytes;
while ((readBytes = read(clientSocket, buf, sizeof(buf))) >= 0)
{
if (readBytes == 0)
{
cerr << "client connect closed" << endl;
break;
}
if (write(clientSocket, buf, readBytes) == -1)
{
cerr << "server thread write error" << endl;
break;
}
cout << buf;
bzero(buf, sizeof(buf));
}
}