【Linux】线程控制

一、POSIX线程库

• 与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_"开头的
• 要使用这些函数库，要通过引入头文件<pthread.h>
• 连接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项

二、线程的一些函数

2.1 创建线程——pthread_create函数

2.1.1 函数介绍

函数的原型：

函数的功能：

       创建一个新的线程

函数的参数：

• thread：输出型参数，返回线程的ID
• attr：设置线程的属性，一般我们使用默认属性，将attr设为NULL
• start_routine：是一个函数地址，线程启动后要执行的函数
• arg：传给线程启动函数的参数

函数的返回值：

• 成功返回0
• 失败返回错误码 

2.1.2 错误检查

• 传统的一些函数是：成功返回0，失败返回-1，并且对全局变量errno赋值用来指示错误
• pthreads函数出错时不会设置全局变量errno（而大部分的其他POSIX函数会这样做），而是将错误码通过返回值返回
• pthreads同样也提供了线程内的errno变量，以支持其他使用errno的代码，对于pthreads函数的错误，建议通过返回值来判定，因为读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销更小

2.1.3 举例代码

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>// 新线程
void* threadStart(void* arg)
{while (true){std::cout << "thread-new running..." << "pid: " << getpid() << std::endl;sleep(1);}
}int main()
{pthread_t tid;//            线程的ID 设置属性   线程要执行的函数  执行函数的参数pthread_create(&tid, nullptr, threadStart, (void*)"thread-new");// 主线程while (true){sleep(1);std::cout << "main thread running..." << "pid: " << getpid() <<std::endl;}return 0;
}

2.1.4 一些细节

问题一：新线程和老线程谁先运行？

       不确定，因为在计算机中，线程的调度是不确定的。

问题二：我们期望这个线程谁最后退出？

       我们希望主线程最后退出，因为主线程还要等待其他线程，进行回收。

问题三：如何看待线程函数传参？

       我们可以向该参数传递任何类型的数据，包括类对象的地址，但要记得该对象的成员...

2.1.5 如何创建多个线程？

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <vector>void* threadrun(void* args)
{std::string name = static_cast<const char*>(args);while (true){std::cout << name << "is running" << std::endl;sleep(1);}
}int main()
{std::vector<pthread_t> pthreads;for(int i = 0; i < 10; i++){pthread_t tid;// 线程的名字char* name = (char*)malloc(sizeof(int) * 128);snprintf(name, sizeof name, "thread-%d", i + 1);int n = pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, name);//sleep(1);pthreads.push_back(tid); // 将创建出来的线程id存储在pthreads数组中}return 0;
}

2.2 线程等待函数——pthread_join函数

2.2.1 函数介绍

函数的原型：

函数的功能：

       主线程等待新线程的pid，等待线程的结束，如果我们不进行等待线程，那么会照成线程的内存泄漏，但是要注意没有“僵尸线程”的概念。

函数的参数：

• thread：线程ID
• value_ptr：指向一个指针，后者指向线程的返回值

函数的返回值：

• 成功返回0
• 失败返回错误码 

2.2.2 函数的第二个参数

       调用该函数的线程将挂起等待，直到ID为thread的线程终止。thread线程以不同的方式终止，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，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
4. 如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ptr参数

如何全面看待线程的返回？ 

       线程的返回值只有正确的返回值，当线程出现异常后，直接全部崩溃，没有错误返回的机会，所以，线程在退出的时候，我们只需要考虑结果对不对，一个线程只要写崩溃，其他线程也会崩溃

       我们也可以传递任意类型

2.2.3 线程访问的变量最好在堆空间中

       在一个主函数中，如果线程需要访问的数据是在主函数的栈空间的，那么我们需要谨慎。如果说，只有一个线程还好，但是如果有两个及其以上的线程需要访问的话，会有一定的错误发生。因为一个线程将其值进行修改，会影响到另一个线程，所以我们需要进行malloc变量，然后使进程访问在堆开辟的空间交给对应的线程，每一个线程人手一个堆空间，不会进行相互影响。

2.3 线程ID以及进程地址空间布局——pthread_self函数

2.3.1 函数介绍

函数的原型：

函数的功能：

       我们可以使用这个函数返回指定线程的线程ID

函数的返回值：        

       线程ID

2.3.2 介绍一下线程id 

• pthread_create函数会产生一个线程ID，存放在第一个参数指向的地址中，LWP和线程ID不是已回事情
• LWP属于进程调度的范畴，因为线程是轻量级进程，是操作系统调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程
• pthread_create函数的第一个参数指向一个虚拟地址空间，该内存单元即为新创建的线程的线程ID，属于NPTL线程库的范畴，线程库的后续操作，就是根据该线程ID来操作线程的
• 线程库NPTL提供了pthread_self函数，可以获得线程自身的ID

2.3.3 来简要介绍一下pthread_t类型

       这种类型取决于实现，对于LInux目前实现的NPTL实现而言，pthread_t 类型的线程ID，本质上是一个进程地址空间上的一个地址。 

2.3 线程终止

2.3.1 终止线程的三种方法

如果需要只终止某个线程而不终止整个进程，可以有三个方法：

• 从线程函数中return，这种方法对主线程不适用，从main函数中调用return相当于调用exit
• 线程可以调用pthread_exit进行终止自己
• 一个线程可以调用pthread_cancel终止同一个进程的另一个线程

2.3.2 pthread_exit函数

函数的原型：

函数的功能：

       线程终止

函数的参数：

       value_str：value_str不要指向一个局部变量，和return的变量是一样的

       需要注意：pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配的。因为当其他线程达到这个返回指针时，线程函数已经退出了。

2.3.3 pthread_cancel函数

函数的原型：

函数的功能：

       取消一个执行中的线程

函数的参数：

• thread：线程ID

函数的返回值：

• 成功返回0
• 失败返回错误码

2.4 分类线程

2.4.1 可不可以不join线程，让线程执行完就自动退出？可以！！！！！

• 默认情况下，新创建的线程是joinable的，线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏。
• 如果不关心线程的返回值，join是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源。
• 如果一个线程被分离，线程的工作状态属于分离状态，不需要也不能被join的

2.4.2 函数介绍 

函数的原型：

函数的功能：

       线程的分离

函数的参数：

       thread：线程的ID

三、C++11多线程

在C++中不使用Linux这一套，代码如下：要记得加pthread库，否则会报错！！！！！！！

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <thread>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <vector>void threadrun(int num)
{while (num){std::cout << "thread - 1" << " is running" << std::endl;num--;sleep(1);}
}int main()
{std::thread mythread(threadrun, 10);while (true){std::cout << "main thread is running" << std::endl;sleep(1);}mythread.join();return 0;
}