線程的概念、優缺點和創建步驟
1. 什麼是線程
線程的概念：輕量級的進程，一個進程內部可以有多個線程，默認情況下一個進程只有一個線程
線程是最小的執行單位，進程是最小的系統資源分配單位
線程就是輕量級的進程，如果說下圖中的a.out，是一個進程，那裏面的那幾根"彎彎曲曲"的線，就是所謂的線程，一般來說，一個進程中只有一個線程，當然，一個進程中也可以有多個線程，這種狀況就叫做多線程，當然從圖上也可以看出來，一個進程中的多個線程，也是公用的相同的資源的：
因爲線程是公用進程的空間的，那麼可以理解爲，在內存上，除了棧（stack）這塊，其他地方都是共享的！（上圖的左側所示），這是因爲線程是有自己的執行目的的，每個線程的任務是非常明確的，後面會提到，一個線程實際上就是執行的一個函數，因爲函數是存儲在棧中的，所以這塊是沒法共享的，要進行區分，除此之外，其他區域都是可以共享的。
線程的好處也就可以看出來了，線程都在一個進程內部，隨便一個變量所有線程都可以用；線程可以更有效的理由CPU（但是，要說的是，如果電腦只有一塊CPU，一個核心數，線程再多也沒辦法同時"幹活兒"，因爲在一個進程中，只能有一個“線程”在運行的（可以把線程理解成一個函數）），總之，多線程和多進程，都是爲了更充分的利用CPU。
那麼再做個關於"進程"和"線程"的形象的比喻，一個工廠，但可供的電量有限，只能供應三個車間，錯開開工，不能同時開工，那麼這個工廠，就好比是cpu,這三個車間，可以理解成"進程"，那麼車間裏面的每個人（苦力，真正幹活的），就相當於"線程"。那麼每個"線程"都有非常明確的分工。在車間裏的設備和資源，對每個人（線程）來說也都是公有的。
線程是最小的執行單位，進程是最小的系統資源分配單位 ，從內核角度看，進程和線程是沒有區分的，內核實現都是通過 clone 函數實現的，線程也有自己的PCB
2. 線程共享資源與非共享資源
儘量不要讓線程與信號放在一起使用，避免亂上加亂
線程共享資源：
- 文件描述符表
- 每種信號的處理方式
- 當前工作目錄
- 用戶ID和組ID
- 內存地址空間 (.text/.data/.bss/heap/共享庫)
線程非共享資源：
- 線程id
- 處理器現場和棧指針(內核棧)
- 獨立的棧空間(用戶空間棧)
- errno變量（每個線程有自己獨有的errno變量）
- 信號屏蔽字
- 調度優先級（可以設置線程的優先級）
每個線程有自己的errno。
通過如下函數可以獲得錯誤碼對應的錯誤信息
char *strerror(int errnum);
3. 線程的優缺點
優點：
- 提高程序併發性（爲了更好的利用CPU）
- 開銷小（不必再申請空間，直接用的是進程的空間）
- 數據通信、共享數據方便（在一個進程中的線程，可以共享進程中所創建的變量來共用）
缺點：
- 庫函數，不穩定 （因爲早期Unix並沒有線程的概念，線程概念是後加的，所以，是放在了庫函數中）
- 調試、編寫困難（可以讓程序員後天學習克服）
- 對信號支持不好（大不了就不用信號了）
彙總：優點相對突出，缺點均不是硬傷。Linux下由於實現方法導致進程、線程差別不是很大。
4. 創建一個線程
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
thread 線程的ID,傳出參數
attr 代表線程的屬性
第三個參數 函數指針， void *func(void*)
arg 線程執行函數的參數
返回值 成功 0 失敗 errno
編譯時需要加 -lpthread
注意：線程ID在進程內是唯一的，但是在整個操作系統內部不一定是唯一的。
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
void *thr(void* arg){
//無符號長整型數 %lu
printf("I am a thread! pid=%d, tid=%lu\n", getpid(), pthread_self());
}
int main(){
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
printf("I am main thread, pid=%d, tid=%lu\n", getpid(), pthread_self());
sleep(1);
return 0;
}
上面的代碼存在一個問題：
就是如果主線程不睡眠，則另一個線程沒有機會去執行（因爲主線程打印之後就直接執行return 0了）。
將上面代碼中的sleep(1)換成如下語句即可：
pthread_exit(NULL);
4.1 線程退出函數pthread_exit
注意事項：
- 線程中使用
pthread_exit來退出線程 - 線程中可以用
return（主控線程不行） exit代表退出整個進程
4.2 線程回收pthread_join
線程回收函數，阻塞等待
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
thread 創建的時候傳出的第一個參數
retval 代表的傳出線程的退出信息（就是返回值）
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
void *thr(void *arg){
printf("I am a thread, tid=%lu\n", pthread_self());
sleep(5);
printf("I am a thread, tid=%lu\n", pthread_self());
return (void*)100;
}
int main(){
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
void *ret;
//線程回收函數
pthread_join(tid, &ret);
printf("ret exit with %d\n",(int)ret);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
4.3 殺死線程pthread_cancel
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
void *thr(void*arg){
while(1){
printf("I am thread, very happy! tid=%lu\n", pthread_self());
sleep(1);
}
return NULL;
}
int main(){
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
sleep(5);
//殺死線程
pthread_cancel(tid);
void *ret;
//阻塞等待回收線程
pthread_join(tid, &ret);
printf("thread exit with %d\n", ret);
return 0;
}
如果把上面的代碼中的thr函數中的printf動作和sleep動作註釋之後，線程就殺不死了。因爲pthread_cancle函數需要有一個取消點。
如果你的線程函數裏面實在是沒有取消點，你可以加上這樣的一個函數：
pthread_testcancel();
通過這個函數可以強行添加一個取消點。
4.4 線程分離pthread_detach
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
void *thr(void *arg){
printf("I am a thread, self=%lu\n", pthread_self());
sleep(4);
printf("I am a thread, self=%lu\n", pthread_self());
return NULL;
}
int main(){
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
//線程分離
pthread_detach(tid);
sleep(5);
int ret=0;
//阻塞失敗
if((ret=pthread_join(tid, NULL))>0){
printf("join err:%d, %s\n", ret, strerror(ret));
}
return 0;
}
執行了線程分離之後，pthread_join函數就回收失敗了。
4.5 判斷兩線程ID是否相等pthread_equal
4.6 線程屬性設置分離
創建那種易產生就直接是分離狀的線程，不需要我們去執行detach函數來進程線程分離（因爲執行detach函數還會有一些特殊情況，比如線程創建好之後很快就結束了，此時還沒執行到detach函數）
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
void *thr(void *arg) {
printf("I am a thread \n");
return NULL;
}
int main() {
//設置線程屬性
pthread_attr_t attr;
//初始化屬性
pthread_attr_init(&attr);
//設置線程分離屬性，這樣線程創建好之後就直接分開了
pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);//設置屬性分離
pthread_t tid;
//創建線程 第二個參數是線程屬性
pthread_create(&tid,&attr,thr,NULL);
int ret;
//阻塞回收線程失敗
if((ret = pthread_join(tid,NULL)) > 0){
printf("join err:%d,%s\n",ret,strerror(ret));
}
//摧毀屬性
pthread_attr_destroy(&attr);
return 0;
}
4.7 創建多個子線程
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
void *thr(void *arg){
int num=(int)arg;
printf("I am %d thread, self=%lu\n", num, pthread_self());
return (void*)(100+num);
}
int main(){
pthread_t tid[5];
for(int i=0; i<5; i++){
pthread_create(&tid[i], NULL, thr, (void*)i);
}
for(int i=0; i<5; i++){
void *ret;
pthread_join(tid[i], &ret);
printf("i =%d, ret=%d\n", i, (int)ret);
}
return 0;
}
5. 線程使用注意事項
- 主線程退出其他線程不退出，主線程應調用pthread_exit。
- 避免殭屍進程
pthread_join
pthread_detach
pthread_create指定分離屬性
被join線程可能在join函數返回前就釋放完自己的所有內存資源，所以不應當返回被回收線程棧中的值。 - malloc和mmap申請的內存可以被其他線程釋放。
- 應避免在多線程模型中調用fork，除非馬上exec，子進程中只有調用fork的線程存在，其他線程在子進程中均pthread_exit
- 信號的複雜語義很難和多線程共存，應避免在多線程引入信號機制。
- 編譯要指定
-lpthread