Linux多线程
一、线程的概念
和多进程相比，多线程是一种比较节省资源的多任务操作方式。启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，每个进程都有自己的堆栈段和数据段，系统开销比较高，进行数据的传递只能通过进行间通信的方式进行。在同一个进程中，可以运行多个线程，运行于同一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享全局变量和对象，启动一个线程所消耗的资源比启动一个进程所消耗的资源要少。
二、线程的使用
1、创建线程
在Linux下，采用pthread_create函数来创建一个新的线程，函数声明：
函数声明：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
参数thread为为指向线程标识符的地址。
参数attr用于设置线程属性，一般为空，表示使用默认属性。
参数start_routine是线程运行函数的地址，填函数名就可以了。
参数arg是线程运行函数的参数。新创建的线程从start_routine函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg。若要想向start_routine传递多个参数，可以将多个参数放在一个结构体中，然后把结构体的地址作为arg参数传入，但是要非常慎重，程序员一般不会这么做。
在编译时注意加上-lpthread参数，以调用静态链接库。因为pthread并非Linux系统的默认库。
2、线程的终止
如果进程中的任一线程调用了exit，则整个进程会终止，所以，在线程的start_routine函数中，不能采用exit。
线程的终止有三种方式：
1）线程的start_routine函数代码结束，自然消亡。
2）线程的start_routine函数调用pthread_exit结束。
3）被主进程或其它线程中止。
pthread_exit函数的声明如下：
void pthread_exit(void *retval);
参数retval填空，即0。
3、多线程的socket服务端
我们把TCP通信的服务端（book250.cpp）程序改一下，由多进程改为多线程。
示例（book261.cpp）
/*
* 程序名：book261.cpp，此程序用于演示多线程的socket通信服务端
* 作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "_public.h"
#include <pthread.h>
class CTcpServer
{
public:
int m_listenfd; // 服务端用于监听的socket
int m_clientfd; // 客户端连上来的socket
CTcpServer();
bool InitServer(int port); // 初始化服务端
bool Accept(); // 等待客户端的连接
// 向对端发送报文
int Send(const void *buf,const int buflen);
// 接收对端的报文
int Recv(void *buf,const int buflen);
// void CloseClient(); // 关闭客户端的socket，多线程服务端不需要这个函数。
// void CloseListen(); // 关闭用于监听的socket，多线程服务端不需要这个函数。
~CTcpServer();
};
CTcpServer TcpServer;
// SIGINT和SIGTERM的处理函数
void EXIT(int sig)
{
printf("程序退出，信号值=%d\n",sig);
TcpServer.~CTcpServer(); // 手动调用析构函数，释放资源
exit(0);
}
// 与客户端通信线程的主函数
void *pth_main(void *arg);
int main()
{
// 忽略全部的信号
for (int ii=0;ii<50;ii++) signal(ii,SIG_IGN);
// 设置SIGINT和SIGTERM的处理函数
signal(SIGINT,EXIT); signal(SIGTERM,EXIT);
if (TcpServer.InitServer(5051)==false)
{ printf("服务端初始化失败，程序退出。\n"); return -1; }
while (1)
{
if (TcpServer.Accept() == false) continue;
pthread_t pthid; // 创建一线程，与新连接上来的客户端通信
if (pthread_create(&pthid,NULL,pth_main,(void*)((long)TcpServer.m_clientfd))!=0)
{ printf("创建线程失败，程序退出。n"); return -1; }
printf("与客户端通信的线程已创建。\n");
}
}
CTcpServer::CTcpServer()
{
// 构造函数初始化socket
m_listenfd=m_clientfd=0;
}
CTcpServer::~CTcpServer()
{
if (m_listenfd!=0) close(m_listenfd); // 析构函数关闭socket
if (m_clientfd!=0) close(m_clientfd); // 析构函数关闭socket
}
// 初始化服务端的socket，port为通信端口
bool CTcpServer::InitServer(int port)
{
if (m_listenfd!=0) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; }
m_listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建服务端的socket
// 把服务端用于通信的地址和端口绑定到socket上
struct sockaddr_in servaddr; // 服务端地址信息的数据结构
memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET; // 协议族，在socket编程中只能是AF_INET
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 本主机的任意ip地址
servaddr.sin_port = htons(port); // 绑定通信端口
if (bind(m_listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0 )
{ close(m_listenfd); m_listenfd=0; return false; }
// 把socket设置为监听模式
if (listen(m_listenfd,5) != 0 ) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; return false; }
return true;
}
bool CTcpServer::Accept()
{
if ( (m_clientfd=accept(m_listenfd,0,0)) <= 0) return false;
return true;
}
int CTcpServer::Send(const void *buf,const int buflen)
{
return send(m_clientfd,buf,buflen,0);
}
int CTcpServer::Recv(void *buf,const int buflen)
{
return recv(m_clientfd,buf,buflen,0);
}
// 与客户端通信线程的主函数
void *pth_main(void *arg)
{
int clientfd=(long) arg; // arg参数为新客户端的socket。
// 与客户端通信，接收客户端发过来的报文后，回复ok。
char strbuffer[1024];
while (1)
{
memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
if (recv(clientfd,strbuffer,sizeof(strbuffer),0)<=0) break;
printf("接收：%s\n",strbuffer);
strcpy(strbuffer,"ok");
if (send(clientfd,strbuffer,strlen(strbuffer),0)<=0) break;
printf("发送：%s\n",strbuffer);
}
printf("客户端已断开连接。\n");
close(clientfd); // 关闭客户端的连接。
pthread_exit(0);
}
需要注意几个问题：
1）线程主函数的函数体中，不能使用return;语句，如果想退出线程，可以用pthread_exit(0);返回。
2）线程可以共享全局变量，当然也可以共享TcpServer的m_clientfd成员变量，但是，创建线程的时候，为什么要把客户端的socket用参数传给线程主函数，而不是直接获取TcpServer.m_clientfd的值，因为主进程调用pthread_create创建线程后，立即返回循环重新Accept，创建线程需要时间，如果在这段时间内有新的客户端连接上来，TcpServer.m_clientfd的值会发生改变。
3）TcpServer.m_clientfd的强制转换，在创建线程的时候，代码如下：
if (pthread_create(&pthid,NULL,pth_main,(void*)((long)TcpServer.m_clientfd))!=0)
线程中的代码如下：
int clientfd=(long) arg; // arg参数为新客户端的socket。
这种数据类型的转换方法可能会让初学者不理解，在学习指针的时候说过，指针是用来存放变量的地址，不能把整数赋给指针，那现在这是怎么回事？这么说吧，C语言很灵活，数据类型可以强制转换，怎么转过去就怎么转回来。举个例子：水桶是用来装水的，特殊情况下用水桶来装板砖其实也可以，但是，板砖放入水桶的方法和从水桶中取出板砖的方法与水不同，怎么放进去就怎么取出来。
4）book261.cpp程序有一个漏洞，没有保存客户端的socket，主程序退出时，没有关闭socket端的socket，资源没有释放，这么说您可能难以理解，没有关系，等您真的需要编写多线程的socket服务端程序的时候就明白了。
三、线程资源的回收
线程有joinable和unjoinable两种状态，如果线程是joinable状态，当线程主函数终止时（自己退出或调用pthread_exit退出）不会释放线程所占用内存资源和其它资源，这种线程被称为“僵尸线程”。创建线程时默认是非分离的，或者称为可连接的（joinable）。
避免僵尸线程就是如何正确的回收线程资源，有四种方法：
1）方法一：创建线程前，调用pthread_attr_setdetachstate将线程设为detached，这样线程退出时，系统自动回收线程资源。
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置线程的属性。
pthread_create(&pthid,&attr,pth_main,(void*)((long)TcpServer.m_clientfd);
2）方法二：创建线程后，在创建线程的程序中调用pthread_detach将新创建的线程设置为detached状态。
pthread_detach(pthid);
3）方法3：创建线程后，在创建线程的程序中调用pthread_join等待线程退出，一般不会采用这种方法，因为pthread_join会发生阻塞。
pthread_join(pthid,NULL);
4）方法4：在线程主函数中调用pthread_detach改变自己的状态。
pthread_detach(pthread_self());
四、查看线程
1）在top命令中，如果加上-H参数，top中的每一行显示的不是进程，而是一个线程。
top -H
2）在ps命令中加-xH参数也可以显示线程，加grep可以过滤内容。
ps -xH
ps -xH|grep book261
五、应用经验
Linux没有真正意义上的线程，它的实现是由进程来模拟，属于用户级线程。所以，在Linux系统下，进程与线程在性能和资源消耗方面没有本质的差别。
对我们程序员来说，进程不能共享全局数据，线程可以共享全局数据，各位可以根据应用场景选择采用多进程或多线程。
六、版权声明
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来源：C语言技术网（www.freecplus.net）
作者：码农有道
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