Linux之线程篇
Linux之线程篇
所有线程都有一个线程号，也就是Thread ID。其类型为pthread_t。通过调用pthread_self()函数可以获得自身的线程号。
下面说一下如何创建一个线程。
通过创建线程，线程将会执行一个线程函数，该线程格式必须按照下面来声明：
void * Thread_Function(void *)
创建线程的函数如下：
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
下面说明一下各个参数的含义：
thread：所创建的线程号。
attr：所创建的线程属性，这个将在后面详细说明。
start_routine：即将运行的线程函数。
art：传递给线程函数的参数。
下面是一个简单的创建线程例子：
| #include <pthread.h> #include <stdio.h> /* Prints x’s to stderr. The parameter is unused. Does not return. */ void* print_xs (void* unused) { while (1) fputc (‘x’, stderr); return NULL; } /* The main program. */ int main () { pthread_t thread_id; /* Create a new thread. The new thread will run the print_xs function. */ pthread_create (&thread_id, NULL, &print_xs, NULL); /* Print o’s continuously to stderr. */ while (1) fputc (‘o’, stderr); return 0; }
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在编译的时候需要注意，由于线程创建函数在libpthread.so库中，所以在编译命令中需要将该库导入。命令如下：
gcc –o createthread –lpthread createthread.c
如果想传递参数给线程函数，可以通过其参数arg，其类型是void *。如果你需要传递多个参数的话，可以考虑将这些参数组成一个结构体来传递。另外，由于类型是void *，所以你的参数不可以被提前释放掉。
下面一个问题和前面创建进程类似，不过带来的问题回避进程要严重得多。如果你的主线程，也就是main函数执行的那个线程，在你其他县城推出之前就已经退出，那么带来的bug则不可估量。通过pthread_join函数会让主线程阻塞，直到所有线程都已经退出。
int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
thread：等待退出线程的线程号。
value_ptr：退出线程的返回值。
下面一个例子结合上面的内容：
| int main () { pthread_t thread1_id; pthread_t thread2_id; struct char_print_parms thread1_args; struct char_print_parms thread2_args; /* Create a new thread to print 30,000 x’s. */ thread1_args.character = ’x’; thread1_args.count = 30000; pthread_create (&thread1_id, NULL, &char_print, &thread1_args); /* Create a new thread to print 20,000 o’s. */ thread2_args.character = ’o’; thread2_args.count = 20000; pthread_create (&thread2_id, NULL, &char_print, &thread2_args); /* Make sure the first thread has finished. */ pthread_join (thread1_id, NULL); /* Make sure the second thread has finished. */ pthread_join (thread2_id, NULL); /* Now we can safely return. */ return 0; }
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下面说一下前面提到的线程属性。
在我们前面提到，可以通过pthread_join()函数来使主线程阻塞等待其他线程退出，这样主线程可以清理其他线程的环境。但是还有一些线程，更喜欢自己来清理退出的状态，他们也不愿意主线程调用pthread_join来等待他们。我们将这一类线程的属性称为detached。如果我们在调用pthread_create()函数的时候将属性设置为NULL，则表明我们希望所创建的线程采用默认的属性，也就是jionable。如果需要将属性设置为detached，则参考下面的例子：
| #include <stdio.h> #include <pthread.h>
void * start_run(void * arg) {
//do some work }
int main() { pthread_t thread_id; pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);
pthread_create(&thread_id,&attr,start_run,NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);
sleep(5);
exit(0); } |
在线程设置为joinable后，可以调用pthread_detach()使之成为detached。但是相反的操作则不可以。还有，如果线程已经调用pthread_join()后，则再调用pthread_detach()则不会有任何效果。
线程可以通过自身执行结束来结束，也可以通过调用pthread_exit()来结束线程的执行。另外，线程甲可以被线程乙被动结束。这个通过调用pthread_cancel()来达到目的。
int pthread_cancel(pthread_t thread);
函数调用成功返回0。
当然，线程也不是被动的被别人结束。它可以通过设置自身的属性来决定如何结束。
线程的被动结束分为两种，一种是异步终结，另外一种是同步终结。异步终结就是当其他线程调用pthread_cancel的时候，线程就立刻被结束。而同步终结则不会立刻终结，它会继续运行，直到到达下一个结束点（cancellation point）。当一个线程被按照默认的创建方式创建，那么它的属性是同步终结。
通过调用pthread_setcanceltype()来设置终结状态。
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);
state：要设置的状态，可以为PTHREAD_CANCEL_DEFERRED或者为PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS。
那么前面提到的结束点又是如何设置了？最常用的创建终结点就是调用pthread_testcancel()的地方。该函数除了检查同步终结时的状态，其他什么也不做。
上面一个函数是用来设置终结状态的。还可以通过下面的函数来设置终结类型，即该线程可不可以被终结：
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
state：终结状态，可以为PTHREAD_CANCEL_DISABLE或者PTHREAD_CANCEL_ENABLE。具体什么含义大家可以通过单词意思即可明白。
下面说一下线程中特有的线程存储，Thread Specific Data。线程存储有什么用了？他是什么意思了？大家都知道，在多线程程序中，所有线程共享程序中的变量。现在有一全局变量，所有线程都可以使用它，改变它的值。而如果每个线程希望能单独拥有它，那么就需要使用线程存储了。表面上看起来这是一个全局变量，所有线程都可以使用它，而它的值在每一个线程中又是单独存储的。这就是线程存储的意义。
下面说一下线程存储的具体用法。
l 创建一个类型为pthread_key_t类型的变量。
l 调用pthread_key_create()来创建该变量。该函数有两个参数，第一个参数就是上面声明的pthread_key_t变量，第二个参数是一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候被调用。该函数指针可以设成NULL，这样系统将调用默认的清理函数。
l 当线程中需要存储特殊值的时候，可以调用pthread_setspcific()。该函数有两个参数，第一个为前面声明的pthread_key_t变量，第二个为void*变量，这样你可以存储任何类型的值。
l 如果需要取出所存储的值，调用pthread_getspecific()。该函数的参数为前面提到的pthread_key_t变量，该函数返回void *类型的值。
下面是前面提到的函数的原型：
int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);
void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);
int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));
下面是一个如何使用线程存储的例子：
| #include <malloc.h> #include <pthread.h> #include <stdio.h> /* The key used to associate a log file pointer with each thread. */ static pthread_key_t thread_log_key; /* Write MESSAGE to the log file for the current thread. */ void write_to_thread_log (const char* message) { FILE* thread_log = (FILE*) pthread_getspecific (thread_log_key); fprintf (thread_log, “%s/n”, message); } /* Close the log file pointer THREAD_LOG. */ void close_thread_log (void* thread_log) { fclose ((FILE*) thread_log); } void* thread_function (void* args) { char thread_log_filename[20]; FILE* thread_log; /* Generate the filename for this thread’s log file. */ sprintf (thread_log_filename, “thread%d.log”, (int) pthread_self ()); /* Open the log file. */ thread_log = fopen (thread_log_filename, “w”); /* Store the file pointer in thread-specific data under thread_log_key. */ pthread_setspecific (thread_log_key, thread_log); write_to_thread_log (“Thread starting.”); /* Do work here... */ return NULL; } int main () { int i; pthread_t threads[5]; /* Create a key to associate thread log file pointers in thread-specific data. Use close_thread_log to clean up the file pointers. */ pthread_key_create (&thread_log_key, close_thread_log); /* Create threads to do the work. */ for (i = 0; i < 5; ++i) pthread_create (&(threads[i]), NULL, thread_function, NULL); /* Wait for all threads to finish. */ for (i = 0; i < 5; ++i) pthread_join (threads[i], NULL); return 0; }
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最后说一下线程的本质。
其实在Linux中，新建的线程并不是在原先的进程中，而是系统通过一个系统调用clone()。该系统copy了一个和原先进程完全一样的进程，并在这个进程中执行线程函数。不过这个copy过程和fork不一样。copy后的进程和原先的进程共享了所有的变量，运行环境。这样，原先进程中的变量变动在copy后的进程中便能体现出来。