一.多线程
1.了解多线程
解决多任务实现。
历史上Unix服务器不支持多线程
Unix/Linux上实现多线程有两种方式：
内核支持多线程
使用进程的编程技巧封装进程实现多线程:轻量级多线程
多线程的库：
libpthread.so -lpthread
pthread.h
2.创建多线程
2.1.代码？
回调函数
2.2.线程ID?
pthread_t
2.3.运行线程?
pthread_create
int pthread_create(
pthread_t *th,//返回进程ID
const pthread_attr_t *attr,//线程属性,为NULL/0，使用进程的默认属性
void*(*run)(void*),//线程代码
void *data);//传递线程代码的数据
看一个小例子：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *run( void *data)
{
printf("我是线程！\n");
}
main()
{
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, 0, run, 0);
}
结论：
1.程序结束所有子线程就结束
解决办法：等待子线程结束
sleep/pause
int pthread_join(
pthread_t tid,//等待子线程结束
void **re);//子线程结束的返回值
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *run( void *data)
{
printf("我是线程！\n");
}
main()
{
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, 0, run, 0);
// sleep(1);
pthread_join(tid, ( void **)0);
}
3.子线程结束就是线程函数返回。
4.子线程与主线程有同等优先级别.
作业：
写一个程序创建两个子线程
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *run( void *data)
{
printf("我是线程！\n");
}
void *run2( void *data)
{
printf("我是线程2！\n");
}
main()
{
pthread_t tid;
pthread_t tid2;
pthread_create(&tid, 0, run, 0);
pthread_create(&tid2, 0, run2, 0);
// sleep(1);
pthread_join(tid, ( void **)0);
pthread_join(tid2, ( void**)0);
}
线程的状态：
ready->runny->deady
|
sleep/pause
结束线程？
内部自动结束：（建议）
return 返回值；(在线程函数中使用)
void pthread_exit(void*);(在任何线程代码中使用)
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
void call() // 用一个函数来退出线程的时候，就可以看到return和exit的区别
{
pthread_exit("Kill"); // 可以让线程结束
return ; // 只能让函数退出，并不能让线程退出
}
void* run( void* data)
{
while(1)
{
printf("我是线程！%s\n");
sched_yield(); // 放弃当前时间片。等待下一次执行
// return "hello";
pthread_exit("world");
}
}
main()
{
pthread_t tid;
char *re;
pthread_create(&tid,0,run,0);
pthread_join(tid,( void**)&re); // re接收返回值
printf("%s\n",re);
}
pthread_cancel(pthread_t);
小应用： 用多线程来写7为随机数和当前时间的显示
#include <curses.h>
#include <pthread.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 全局变量两个窗体
WINDOW *wtime,*wnumb;
pthread_t thnumb,thtime;
pthread_mutex_t m;
// 线程1：随机数
void*runnumb( void *d)
{
int num;
while(1)
{
// 循环产生7位随机数
num=rand()%10000000;
pthread_mutex_lock(&m);
// 显示
mvwprintw(wnumb,1,2,"%07d",num);
// 刷新
refresh();
wrefresh(wnumb);
pthread_mutex_unlock(&m);
usleep(1);
}
return 0;
}
// 线程2：时间
void*runtime( void*d)
{
time_t tt;
struct tm *t;
while(1)
{
// 循环取时间
tt=time(0);
t=localtime(&tt);
pthread_mutex_lock(&m);
// 显示
mvwprintw(wtime,1,1,"%02d:%02d:%02d",
t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
// 刷新
refresh();
wrefresh(wtime);
pthread_mutex_unlock(&m);
usleep(1);
}
}
main()
{
// 初始化curses
initscr();
curs_set(0);
noecho();
keypad(stdscr,TRUE);
wnumb=derwin(stdscr,3,11,
(LINES-3)/2,(COLS-11)/2);
wtime=derwin(stdscr,3,10,0,COLS-10);
box(wnumb,0,0);
box(wtime,0,0);
refresh();
wrefresh(wnumb);
wrefresh(wtime);
pthread_mutex_init(&m,0); // 2
// 创建线程1
pthread_create(&thnumb,0,runnumb,0);
// 创建线程2
pthread_create(&thtime,0,runtime,0);
// 等待按键
// 结束
getch();
pthread_mutex_destroy(&m); // 3
delwin(wnumb);
delwin(wtime);
endwin();
}
数据脏
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int a=0,b=0;
void display()
{
a++;
b++;
if(a!=b)
{
printf("%d!=%d\n",a,b);
a=b=0;
}
}
void *r1()
{
while(1)
{
display();
}
}
void *r2()
{
while(1)
{
display();
}
}
main()
{
pthread_t t1,t2;
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
}
5.多线程问题的解决
互斥锁/互斥量 mutex
1.定义互斥量pthread_mutex_t
2.初始化互斥量 默认是1 pthread_mutex_init
3.互斥量操作 置0 phtread_mutex_lock
判定互斥量0：阻塞
1：置0，返回
置1 pthread_mutex_unlock
置1返回
强烈要求成对使用
4.释放互斥量pthread_mutex_destroy
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
// 1.定义互斥量
pthread_mutex_t m;
int a=0,b=0;
void display()
{
// 3.操作互斥量
pthread_mutex_lock(&m);
a++;
b++;
if(a!=b)
{
printf("%d!=%d\n",a,b);
a=b=0;
}
pthread_mutex_unlock(&m);
}
void *r1()
{
while(1)
{
display();
}
}
void *r2()
{
while(1)
{
display();
}
}
main()
{
pthread_t t1,t2;
// 2. 初始化互斥量
pthread_mutex_init(&m,0);
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
// 4. 释放互斥量
pthread_mutex_destroy(&m);
}
互斥量保证锁定的代码一个线程执行,
但不能保证必需执行完!
5.在lock与unlock之间,调用pthread_exit?
或者在线程外部调用pthread_cancel?
其他线程被永久死锁.
6.pthread_cleanup_push {
pthread_cleanup_pop }
这对函数作用类似于atexit
注意:
这不是函数,而是宏.
必须成对使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t m;
void handle( void *d)
{
printf("退出后的调用!\n");
pthread_mutex_unlock(&m);
}
void* runodd( void *d)
{
int i=0;
for(i=1;;i+=2)
{
pthread_cleanup_push(handle,0); // pthread_exit()和pthread_cancle()以及pthread_cleanup_pop(1)参数为1时会触发
pthread_mutex_lock(&m);
printf("%d\n",i);
pthread_cleanup_pop(1); // 参数为1就会弹出handle并执行函数，如果参数为0，则只弹出，不执行函数。
}
}
void* runeven( void *d)
{
int i=0;
for(i=0;;i+=2)
{
pthread_cleanup_push(handle,0);
pthread_mutex_lock(&m);
printf("%d\n",i);
pthread_cleanup_pop(1);
}
}
main()
{
pthread_t todd,teven;
pthread_mutex_init(&m,0);
pthread_create(&todd,0,runodd,0);
pthread_create(&teven,0,runeven,0);
sleep(5);
pthread_cancel(todd);
pthread_join(todd,( void**)0);
pthread_join(teven,( void**)0);
pthread_mutex_destroy(&m);
}
6.多线程的应用
二.多线程同步
互斥量/信号/条件量/信号量/读写锁
1.sleep与信号
pthread_kill向指定线程发送信号
signal注册的是进程的信号处理函数.
pthread_kill+sigwait控制进程
1.1.定义信号集合
1.2.初始化信号集合
1.3.等待信号
1.4.其他线程发送信号
1.5.清空信号集合
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
pthread_t t1,t2;
sigset_t sigs;
void handle( int s)
{
printf("信号!\n");
}
void*r1( void*d)
{
int s;
while(1)
{
printf("线程－－1\n");
sigwait(&sigs,&s);
printf("接收到信号:%d!\n",s);
}
}
void*r2( void*d)
{
while(1)
{
printf("线程－－--2\n");
sleep(2);
pthread_kill(t1,SIGUSR1);
}
}
main()
{
sigemptyset(&sigs);
// sigaddset(&sigs,SIGUSR1);
sigfillset(&sigs);
// signal(SIGUSR1,handle);
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
}
sigwait实际处理了信号
如果进程没有处理信号,目标线程也没有sigwait
,则进程会接收信号进行默认处理
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
sigset_t sigs;
pthread_t todd,teven;
void* runodd( void *d)
{
int i=0;
int s;
for(i=0;;i+=2)
{
printf("%d\n",i);
sigwait(&sigs,&s);
}
}
void* runeven( void *d)
{
int i=0;
int s;
for(i=1;;i+=2)
{
printf("%d\n",i);
sleep(1);
pthread_kill(todd,34);
}
}
main()
{
sigemptyset(&sigs);
sigaddset(&sigs,34);
pthread_create(&todd,0,runodd,0);
pthread_create(&teven,0,runeven,0);
pthread_join(todd,( void**)0);
pthread_join(teven,( void**)0);
}
信号量类似
2.1.定义条件量
2.2.初始化条件量
2.3.等待条件量
2.4.其他线程修改条件量
2.5.释放条件量
案例:
创建两个线程.
一个线程等待信号
一个线程每隔1秒发送信号
1.使用pause+pthread_kill
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
pthread_t t1,t2;
void handle( int s) // 什么也不干。但是可以防止t1没有sigwait()处理信号，程序异常退出。
{
}
void *r1( void* d)
{
while(1)
{
pause(); // pause受信号影响，不起作用了。所以程序一直循环打印。
printf("活动!\n");
}
}
void *r2( void* d)
{
while(1)
{
sleep(1);
pthread_kill(t1,34);
}
}
main()
{
signal(34,handle);
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
}
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
pthread_t t1,t2;
sigset_t sigs;
void *r1( void* d)
{
int s;
while(1)
{
sigwait(&sigs,&s);
printf("活动!\n");
}
}
void *r2( void* d)
{
while(1)
{
sleep(1); // sigwait必须先于pthread_kill执行，
// 才能正确接收到信号，不然也会异常退出。
// 所以睡眠一会儿，保证每次kill之前都已经wait了。
pthread_kill(t1,34);
}
}
main()
{
sigemptyset(&sigs);
sigaddset(&sigs,34);
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
}
看下面条件量的处理：
条件量则没有上面的那个问题，不用等wait先执行。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
pthread_t t1,t2;
pthread_cond_t cond; // 1.
pthread_mutex_t m;
void *r1( void* d)
{
int s;
while(1)
{
pthread_cond_wait(&cond,&m); // 在非互斥的线程里面，m参数形同虚设。
// 如果在互斥的线程里，m可以解锁，让另一个线程执行，
// 并发出信号让wait接收，防止死锁。
printf("活动!\n");
}
}
void *r2( void* d)
{
while(1)
{
pthread_cond_signal(&cond); // 条件量不累计，发多个也相当于一个的效果。
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_cond_signal(&cond);
sleep(10);
}
}
main()
{
pthread_mutex_init(&m,0);
pthread_cond_init(&cond,0); // 2
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,( void**)0);
pthread_join(t2,( void**)0);
pthread_cond_destroy(&cond);
pthread_mutex_destroy(&m);
}
pthread_cond_***稳定
pthread_cond_***在环境下不会死锁.
课堂练习:
使用条件量与互斥构造死锁程序.
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_t t1,t2;
pthread_mutex_t m1,m2;
pthread_cond_t c;
void* r1( void*d)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&m1);
printf("我是等待!\n");
pthread_cond_wait(&c,&m1); // 如果这里是m2，则不能解r2的锁，造成死锁
pthread_mutex_unlock(&m1);
}
}
void* r2( void *d)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&m1);
printf("我是让你不等待!\n");
pthread_cond_signal(&c);
pthread_mutex_unlock(&m1);
}
}
main()
{
pthread_cond_init(&c,0);
pthread_mutex_init(&m1,0);
pthread_mutex_init(&m2,0);
pthread_create(&t1,0,r1,0);
pthread_create(&t2,0,r2,0);
pthread_join(t1,0);
pthread_join(t2,0);
pthread_mutex_destroy(&m2);
pthread_mutex_destroy(&m1);
pthread_cond_destroy(&c);
}
1.写一个程序:
两个线程写数据到文件.
数据格式:日期时间,线程ID\n
要求:
要求使用互斥, 保证数据正确.
体会使用互斥和不使用互斥的异同.
2.使用curses写一个多线程程序
开启26个线程.每个线程控制一个字母在屏幕上掉落
建议每隔字母的高度随机.
#include <pthread.h>
#include <curses.h>
#include <math.h>
struct AChar
{
int x;
int y;
int speed;
char a;
};
int stop=1;
pthread_t t[26];
pthread_t tid;
pthread_mutex_t m;
struct AChar a[26];
void *run( void *d)
{
int id;
static idx=-1;
idx++;
id=idx;
while(stop)
{
pthread_mutex_lock(&m);
// 改变对象的y坐标
a[id].y+=a[id].speed;
if(a[id].y>=LINES)
{
a[id].y=rand()%(LINES/4);
}
pthread_mutex_unlock(&m);
sched_yield();
usleep(100000);
}
}
void * update( void *d)
{
int i=0;
while(stop)
{
erase();
// 绘制屏幕上
for(i=0;i<26;i++)
{
mvaddch(a[i].y,a[i].x,a[i].a);
}
// 刷屏
refresh();
usleep(10000);
}
}
main()
{
int i;
initscr();
curs_set(0);
noecho();
keypad(stdscr,TRUE);
for(i=0;i<26;i++)
{
a[i].x=rand()%COLS;
a[i].y=rand()%(LINES/4);
a[i].speed=1+rand()%3;
a[i].a=65+rand()%26;
}
pthread_mutex_init(&m,0);
pthread_create(&tid,0,update,0);
for(i=0;i<26;i++)
{
// 随机产生字母与位置
pthread_create(&t[i],0,run,0);
}
getch();
stop=0;
for(i=0;i<26;i++)
{
// 随机产生字母与位置
pthread_join(t[i],( void**)0);
}
pthread_join(tid,( void**)0);
pthread_mutex_destroy(&m);
endwin();
}
一个线程负责找素数.
另外一个线程把素数保存到文件
要求:
找到以后,通知另外一个线程保存,停止招素数
线程保存好以后通知素数查找线程继续查找.
目的:
互斥与信号/条件量作用是不同.