muduo网络库学习之Exception类、Thread 类封装中的知识点（重点讲pthread_atfork()）

一、Exception类封装

class  Exception  : public  std::exception

 #include <execinfo.h>
 int backtrace(void **buffer, int size); //  backtrace 栈回溯，保存各个栈帧的地址
 char **backtrace_symbols(void *const *buffer, int size); //  backtrace_symbols 根据地址，转成相应的函数符号

// buffer 是指向一个数组的指针，数组存放的每一项是指向字符串的指针

// backtrace_symbols 内部调用malloc 分配数组空间，需要调用者自己释放，但数组指针指向的字符串不需要调用者去释放。

二、Thread类封装

class Thread : boost::noncopyable

typedef boost::function<void ()> ThreadFunc;

具体实现分析见这里。注意：结合CurrentThead.h 一起看，因为CurrentThead命名空间内的一些函数是在

Thead.cc 里面实现的，Thead类的一些成员函数也调用了CurrentThread命名空间的一些函数。

1、获取标识符

pid --> getpid() //进程id

pthread_t --> pthread_self() //线程id

tid--> gettid() //线程真实id

（1）、Linux中，每个进程有一个pid，类型pid_t，由getpid()取得。Linux下的POSIX线程也有一个id，类型 pthread_t，由pthread_self()取得，该id由线程库维护，其id空间是各个进程独立的（即不同进程中的线程可能有相同的id）。Linux中的POSIX线程库实现的线程其实也是一个进程（LWP），只是该进程与主进程（启动线程的进程）共享一些资源而已，比如代码段，数据段等。

（2）、有时候我们可能需要知道线程的真实pid。比如进程P1要向另外一个进程P2中的某个线程发送信号时，既不能使用P2的pid，更不能使用线程的pthread id，而只能使用该线程的真实pid，称为tid。

（3）、有一个函数gettid()可以得到tid，但glibc并没有实现该函数，只能通过Linux的系统调用syscall来获取。
return syscall(SYS_gettid)

2、__thread，gcc内置的线程局部存储设施（每个线程有一份）

__thread只能修饰POD类型

POD类型（plain old data），与C兼容的原始数据，例如，结构体和整型等C语言中的类型是 POD 类型，但带有用户定义的构造函数或虚函数的类则不是

__thread string   t_obj1(“simba”);     // 错误，不能调用对象的构造函数

__thread string* t_obj2 = new string;     // 错误，初始化只能是编译期常量

__thread string* t_obj3 = NULL;     // 正确

若不是POD数据类型，但也想作为线程局部存储，可以使用线程特定数据TSD，参见以前的文章。

namespace CurrentThread
{

  __thread int t_cachedTid = 0; //线程真实pid(tid)的缓存，是减少系统调用::syscall(SYS_gettid)，提高获取tid的效率。

  __thread char t_tidString[32]; // tid 的字符串表示

  __thread const char* t_threadName = "unknown"; //线程名称

  const bool sameType = boost::is_same<int, pid_t>::value;     //判断类型是否相同

  BOOST_STATIC_ASSERT(sameType);

}

3、boost::is_same

const bool sameType = boost::is_same<int, pid_t>::value;

4、assert(n == 6); (void) n;

在release 版本下assert语句被忽略，那么n是未使用的变量，由于编译选项会把警告当作错误，导致编译不通过。

5、pthread_atfork()

#include <pthread.h>
int pthread_atfork(void (*prepare)(void), void (*parent)(void), void (*child)(void));

pthread_atfork()在fork()之前调用，当调用fork时，内部创建子进程前在父进程中会调用prepare，内部创建子进程成功后，父进程会调用parent ，子进程会调用child。

 C++ Code 

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#include <stdio.h> #include <time.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void prepare( void) {     printf( "pid = %d prepare ...\n",  static_cast< int>(getpid())); } void parent( void) {     printf( "pid = %d parent ...\n",  static_cast< int>(getpid())); } void child( void) {     printf( "pid = %d child ...\n",  static_cast< int>(getpid())); } int main( void) {     printf( "pid = %d Entering main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));     pthread_atfork(prepare, parent, child);     fork();     printf( "pid = %d Exiting main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));      return  0; }

执行结果如下：

simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ./pthread_atfork_test 
pid = 4791 Entering main ...
pid = 4791 prepare ...
pid = 4791 parent ...
pid = 4791 Exiting main ...
simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ pid = 4792 child ...
pid = 4792 Exiting main ...


simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ 

因为父进程首先退出，故bash提到前台，子进程输出混杂在命令行。

在实际编程中，最好不要多线程多进程，两者择其一，比如在多线程程序中调用fork 容易出现死锁，因为子进程复制父进程的时候包含状态变化，如锁的状态如果被复制的时候是已经加锁，那么子进程想加锁的时候就会死锁，因为不是本进程程序加的锁，解锁就不从谈起，一直处于等待中。看下面的例子：

 C++ Code 

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#include <stdio.h> #include <time.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void *doit( void *arg) {     printf( "pid = %d begin doit ...\n",  static_cast< int>(getpid()));     pthread_mutex_lock(&mutex);      struct timespec ts = { 2,  0};     nanosleep(&ts,  NULL);     pthread_mutex_unlock(&mutex);     printf( "pid = %d end doit ...\n",  static_cast< int>(getpid()));      return  NULL; } int main( void) {     printf( "pid = %d Entering main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));     pthread_t tid;     pthread_create(&tid,  NULL, doit,  NULL);      struct timespec ts = { 1,  0};     nanosleep(&ts,  NULL);      if (fork() ==  0)     {         doit( NULL);     }     pthread_join(tid,  NULL);     printf( "pid = %d Exiting main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));      return  0; }

首先主线程先调用pthread_create()创建一个子线程执行doit()，doit()里面先加锁，睡眠2s; 主线程睡眠1s后调用fork()，子进程会复制父进程的内存映像，此时全局变量mutex 处于加锁的状态，所以子进程自己的mutex也是加锁的，此时子进程是独立运行的，也去执行doit()，在里面试图加锁，因为本来mutex已经加锁，而且根本没有人会来解锁，所以子进程就会死锁。

执行结果如下:

simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ./deadlock_test
pid = 4823 Entering main ...
pid = 4823 begin doit ...
pid = 4825 begin doit ...
pid = 4823 end doit ...
pid = 4823 Exiting main ...
simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ps aux | grep deadlock_test
simba     4825  0.0  0.0  11684   144 pts/0    S    06:09   0:00 ./deadlock_test
simba     4830  0.0  0.0   4392   848 pts/0    S+   06:09   0:00 grep --color=auto deadlock_test
simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ 

可以看到Exiting main 只输出了一次，子进程根本没有从doit()出来，ps 一下可以发现pid=4825 的进程一直没有退出，注意死锁跟僵尸进程是不同的，僵尸进程是退出但占据着资源还没被清理，而死锁是一直没有退出进程。

此时可以用pthread_atfork() 来解决这个问题：

 C++ Code 

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#include <stdio.h> #include <time.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void *doit( void *arg) {     printf( "pid = %d begin doit ...\n",  static_cast< int>(getpid()));     pthread_mutex_lock(&mutex);      struct timespec ts = { 2,  0};     nanosleep(&ts,  NULL);     pthread_mutex_unlock(&mutex);     printf( "pid = %d end doit ...\n",  static_cast< int>(getpid()));      return  NULL; } void prepare( void) {     pthread_mutex_unlock(&mutex); } void parent( void) {     pthread_mutex_lock(&mutex); } int main( void) {     pthread_atfork(prepare, parent,  NULL);     printf( "pid = %d Entering main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));     pthread_t tid;     pthread_create(&tid,  NULL, doit,  NULL);      struct timespec ts = { 1,  0};     nanosleep(&ts,  NULL);      if (fork() ==  0)     {         doit( NULL);     }     pthread_join(tid,  NULL);     printf( "pid = %d Exiting main ...\n",  static_cast< int>(getpid()));      return  0; }

同样的流程，但在执行fork() 创建子进程之前，先执行prepare(), 将子线程加锁的mutex 解锁下，然后为了与doit() 配对，在创建子进程成功后，父进程调用parent() 再次加锁，这时父进程的doit() 就可以接着解锁执行下去。而对于子进程来说，由于在fork() 创建子进程之前，mutex已经被解锁，故复制的状态也是解锁的，所以执行doit()就不会死锁了。

执行结果如下：

simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ./deadlock_test2
pid = 4905 Entering main ...
pid = 4905 begin doit ...
pid = 4908 begin doit ...
pid = 4905 end doit ...
pid = 4905 Exiting main ...
simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ pid = 4908 end doit ...
pid = 4908 Exiting main ...


simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ 

可以看到子进程也正常退出了。

参考：

muduo manual.pdf

《linux 多线程服务器编程：使用muduo c++网络库》