线程控制原语

线程是进程中最小的执行单位，是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

线程，其实也是轻量级的进程。一个进程，即使我们没有主动创建线程，也会有一个默认的主线程（即进程本身）。线程只用复杂代码如何执行，而进程还需要管理内存和文件系统等。线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。每个进程都有自己一套独立的资源（数据），供其内的所有线程共享。一个进程内的线程通信比进程之间的通信更快速和高效。

进程相当于一个项目，而线程就是为了完成项目需求而建立的一个个开发任务。默认情况下，可以建立一个大的任务，就是完成某某功能，然后交给一个人从头做到尾，这就是主线程。但有时候，你发现任务是可以拆解的，如果没有非常大的前后关联关系，就可以并发执行。例如实现一个浏览器，多个页面标签可以是多个进程，但是一个页面中可能又包含多个进程。

察看LWP（light-weight process，轻量级进程）号（线程号）：

 

 

线程间的共享资源
1.文件描述符表
2.每种信号的处理方式
3.当前工作目录
4.用户ID和组ID
5.内存地址空间

线程间的非共享资源
1.线程id
2.处理器现场和栈指针(内核栈)
3.独立的栈空间(用户空间栈)
4.errno变量
5.信号屏蔽字
6.调度优先级

线程的优点：

提高程序的并发性
开销小，不用重新分配内存
通信和共享数据方便

线程的缺点：

线程不稳定（库函数实现,所以在编译时需要链接线程库即 -lpthread）
线程调试比较困难（gdb支持不好）
线程无法使用unix经典事件，例如信号

查看manpage关于pthread的函数：man  -k pthread

 

 

创建线程:

 

#include <pthread.h>
    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
    void *(*start_routine) (void *), void *arg);

 

pthread_t *thread:传递一个pthread_t变量地址进来，用于保存新线程的tid（线程ID）
const pthread_attr_t *attr:线程属性设置，如使用默认属性，则传NULL
void *(*start_routine) (void *):函数指针，指向新线程应该加载执行的函数模块
void *arg:指定线程将要加载调用的那个函数的参数返回值:成功返回0，失败返回错误号。以前学过的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno，但这是为了兼容其它函数接口而提供的，pthread库本身并不使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。

　　Compile and link with -lpthread.
       typedef unsigned long int pthread_t;

 

 

在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后，当前线程从pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_routine决定。start_routine函数接收一个参数，是通过pthread_create的arg参数传递给它的，该参数的类型为void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine的返回值类型也是void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。start_routine返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值。

pthread_create成功返回后，新创建的线程的id被填写到thread参数所指向的内存单元。我们知道进程id的类型是pid_t，每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid()可以获得当前进程的id，是一个正整数值。线程id的类型是thread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中thread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印，调用pthread_self()可以获得当前线程的id。

获取调用线程tid：

pthread_t  pthread_self(void);

退出线程pthread_exit：

void pthread_exit(void *retval);
void *retval:线程退出时传递出的参数，可以是退出值或地址，如是地址时，不能是线程内部申请的局部地址。

调用线程退出函数，注意和exit函数的区别，任何线程里调用exit函数都会导致进程退出。其他线程未工作结束，主控线程退出时不能return或exit。如果主线程创建了线程之后，立即使用return返回了，此时子线程可能无法执行，但是主线程如果使用pthread_exit退出，子线程则可以执行。pthread_exit是退出当前线程，不会影响其他线程的运行。

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静态的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。

回收线程：

int  pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
       pthread_t  thread:回收线程的tid
       void **retval:接收退出线程传递出的返回值
       返回值：成功返回0，失败返回错误号

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下：
如果thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，retval所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数。

在进程内某个线程可以取消另一个线程。

int pthread_cancel(pthread_t thread);

被取消的线程，退出值，定义在Linux的pthread库中常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。可以在头文件pthread.h中找到它的定义：

 

 

 

当创建多个线程时，哪一个线程最先执行依赖于具体的系统实现。由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror()打印错误信
息，可以先用strerror()把错误码转换成错误信息再打印。
如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止，从main函数return也相当于调用exit。

eg：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
struct STU{
    int age;
    char name[20];
    };

void sys_err(int err, void * exitno)
{
    fprintf(stderr,"can't creat thread: %s\n",strerror(err));
    pthread_exit(exitno);
}
void *thr_fn1(void *arg)
{
    pthread_t tid;
    tid=pthread_self();
    printf("thread 1 . ID = %ld =0x%X\n",(unsigned long)tid,(unsigned int)tid);
    return (void *)1;
}
void *thr_fn2(void *arg)
{
    
    pthread_t tid;
    tid=pthread_self();
    printf("thread 2 . ID = %ld =0x%X\n",(unsigned long)tid,(unsigned int)tid);
    ((struct STU *)arg)->age=100;
    sprintf(((struct STU *)arg)->name,"%s","Lihua");
    pthread_exit((void *)2);
}
void *thr_fn3(void *arg)
{
    pthread_t tid;
    tid=pthread_self();
    while(1)
    {
        printf("thread 3 . ID = %ld =0x%X\n",(unsigned long)tid,(unsigned int)tid);
        sleep(1);
    }
    return (void *)3;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    pthread_t tid,tid1,tid2,tid3;
    void *tret1,*tret2,*tret3;
    int err;

    struct STU test;
    
    tid=pthread_self();
    printf("main thread = %ld =0x%X\n",(unsigned long)tid,(unsigned int)tid);
    err=pthread_create(&tid1,NULL,thr_fn1,NULL);
    if(err!=0)
    {
        sys_err(err,(void *)-1);
    }
    err=pthread_create(&tid2,NULL,thr_fn2,&test);
    if(err!=0)
    {
        sys_err(err,(void *)-2);
    }
    
    err=pthread_create(&tid3,NULL,thr_fn3,NULL);
    if(err!=0)
    {
        sys_err(err,(void *)-3);
    }

    pthread_join(tid1,&tret1);//阻塞等待线程1结束
    printf("thread 1 exit code is %ld\n",(long)tret1);

    pthread_join(tid2,&tret2);
    printf("thread 2 exit code is %ld\n",(long)tret2);

    printf("arg->age=%d, arg->name=%s\n",test.age,test.name);
    
    sleep(3);
    
    pthread_cancel(tid3);
    pthread_join(tid3,&tret3);
    printf("thread 3 exit code is %ld\n",(long)tret3);//注意，调用cancel之后，此时线程的退出值不是3而是-1
    
    pthread_exit((void *)0);//return 0;
}

 

 

判断两个线程ID是否相同：

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
分离属性：

int pthread_detach(pthread_t tid);
pthread_t tid:分离线程tid
返回值：成功返回0，失败返回错误号。
一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取
它的状态为止。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收
它占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用
pthread_join，这样的调用将返回EINVAL。如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不
能再调用pthread_join了 。
最后，还有设置线程属性的一些相关函数：

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); //初始化线程属性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); //销毁线程属性所占用的资源
但是，目前我们可以暂时不理会，以后需要使用的时候再深究。