Linux线程_线程控制

Linux线程_线程控制_线程库

一.线程控制

在Linux操作系统的视角，Linux下没有真正意义上的线程，而是用进程模拟的线程（LWP）。所以，Linux不会提供直接创建线程的系统调用，而是提供创建轻量级进程的接口。但是由于用户只认线程，所以pthread库会对下将Linux接口封装，对上给用户提供线程控制的接口，这种库被称为用户级线程库。 pthread 库在任何系统都要自带，因此也称原生线程库。

1.pthread_create() 创建线程

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

参数说明：

pthread_t *thread：（线程标识符LWP)

const pthread_attr_t *attr：

这个参数用于指定线程的属性。如果为 NULL，则创建一个默认属性的线程。

void *(*start_routine)(void *)：(新线程要执行的函数)

void *arg：（该函数的参数)

返回值：

如果成功，返回 0
如果失败，返回一个错误码

我们知道pthread库会对Linux提供创建轻量级进程的接口进行封装，pthread_create()底层就是clone()系统调用。

int (*fn)(void*) 要执行的函数

void* stack 线程独立的栈空间的指针

int flags 一个标志位参数,不同的标志控制不同的资源共享

void *arg 执行函数的参数

1.创建的新线程和main主线程谁先运行不确定。

2.给进程的时间片是固定的，进程里面的线程会对时间片进行瓜分。

3.如果多个线程执行的函数是同一个函数，该函数被重入。如果是不可重入函数就要添加保护。

4.进程定义的函数，每个线程都可以用。

5.全局变量在线程间是共享的

6.一个线程一旦异常，其它线程也会崩溃(如果给该进程内的所有线程发信号让它们退出，如何区分它们是否在一个进程里？它们会被链表维护起来，形成一个线程组)

7.线程栈不共享，堆可以共享。

栈不共享：不同线程栈中可能会有相同的变量名，线程自己在栈上定义的变量，等线程结束就会销毁。(并不是绝对访问不到，通过全局指针指向a线程栈上定义的变量，b线程也可以访问到，但不建议，有可能生命周期结束访问到野指针)

堆共享：堆内存的分配在进程的地址空间内是全局可见的，不同线程通过同一个全局变量指针访问堆上数据。a线程申请了堆上空间，等a线程退出，堆空间也不会消失，需要delete手动释放。

8.传过去的参数arg，为什么是void类型？

便于传任何类型的参数。可以是变量数字结构体，如果要传多个参数就可以传一个结构体，里面包含要用到的参数。ThreadData *td=static_cast<ThreadData *>(args);对void*结构体进行转换.

2.pthread_join() 等待线程

pthread_join用于主线程等待其他线程的结束，并获取该线程的返回值。获取线程的执行结果

阻塞等待当前线程，直到指定的线程终止。

#include <pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数说明：

thread：要等待的线程的线程ID。该线程必须是已经创建并且未结束的线程。
retval：一个指向指针的指针，用于接收线程的返回值。如果不关心线程的返回值，可以将该参数设为 NULL。

返回值：

成功：返回 0。
失败：返回一个错误码，通常是一个负数。常见的错误包括：
ESRCH：指定的线程不存在或无效。
EINVAL：线程已经被取消或线程是主线程。

1.返回值void **retval，用法：
先定义个void *ret=nullptr,pthread_join(th,&ret); 此时ret=返回结果。

eg.返回常数return (void*)10 ,ret 类型虽然是void*指针，但里面不是地址而是常数10。想输出返回值cout<<(long long int)ret<<endl; (因为64位下指针大小8字节用long long 8字节防止精度损失)

如果返回结构体，也可以Date *ret=nullptr; pthread_join(th,(void**)&ret); ret=返回结果，且ret类型为Date*

2.如果有一个类，里面有需要执行的函数，我想让不同线程执行不同函数，执行完成后再把结果存入类的成员变量中。最后让主线程把存入结果的所有成员变量输出。

定义一个全局的类对象，这样每个线程都可以访问到这个类对象，执行完成就把结果写入成员变量。但什么时候全部执行完呢？

pthread_join(th,nullptr)可以保证执行完成，执行结果写入成员变量。执行结果写入成员变量，可以不用接收返回值。也可以把类对象定义在主线程中，把类对象作为函数的参数，新线程中通过访问类对象执行相应函数。等到等待结束，就可以确定主线程中定义的类对象中所有成员变量都被写入结果。

3.pthread_exit() 线程退出

用于终止当前线程的函数。但对其它线程没有影响

void* retval 当前线程退出时的返回值用pthread_join()接收

void pthread_exit(void *retval);

线程退出的方式：
1.自然退出 return

2.显示退出 pthread_exit() 终止当前线程

3.异常退出 exit() 会让整进程退出，所有线程都被终止

4.pthread_cancel() 取消线程

用于请求取消另一个线程的函数。并不立即强制终止目标线程，而是发送一个取消请求，线程如何响应这个请求取决于该线程的状态和设置。

取消状态默认允许被取消，在某些合适的时机会终止。

int pthread_cancel(pthread_t thread);

thread 目标线程id

成功时返回 0。

失败时返回错误码。

取消线程必须要pthread_join()，获取的返回值为-1(PTHREAD_CANCELED)

线程会在某些“取消点”检查是否有取消请求，并作出响应。在实际应用中，使用pthread_cancel() 时需要谨慎，因为它可能会导致资源泄漏、数据不一致等问题

5.pthread_detach() 分离线程

用于将线程分离的函数。分离线程后，该线程的资源（包括线程的退出状态）会在线程结束时被自动回收，不需要其他线程通过 pthread_join() 来等待它的结束或获取退出状态。

int pthread_detach(pthread_t thread);

主线程要执行自己的代码不想等待新线程，且不关心新线程返回值，可以创建新线程和分离它，可以自动回收资源，避免僵尸状态。

对分离的线程调用 pthread_join()，会返回 EINVAL 错误。

6.pthread_self() 获取线程id

获取调用它的当前线程的线程 ID

#include <pthread.h>pthread_t pthread_self(void);

二.理解线程库

1.线程id是什么？

我们有主线程和一个新线程，让它们打印自己的线程id用0x16进制打印。

这一长串数字像什么？这其实是地址。是虚拟地址

每个线程都可以调用pthread库的方法，是因为库映射到了进程的虚拟内存。

那我们想要获取线程的属性从哪里获取呢？对处理线程的方法由库封装提供，获取线程的属性，库也要对线程的属性进行提供，并维护。

因此在库中保存着所有进程中每个线程的属性，而线程的id就是线程属性在地址空间的虚拟地址。

2.线程id和地址空间

我们现在知道所有线程的属性都存在库中，那保存线程属性的结构体是什么样的，具体分布又是如何呢？

mmap区域就是共享区，线程id指向pthread库中对应属性的地址。保存线程属性的结构体有三个字段

1.struct pthread 里面就是线程的属性 tid 状态优先级...

2.线程栈 我们知道每个线程的栈空间都是独立的，用来保存局部变量函数调用完成后的返回地址切换上下文保存现场，只有主线程的栈是在地址空间的栈区而新线程的栈是在共享区动态申请的(map出来的区域)，每新建一个线程就在动态库中保存记录它的属性并申请栈空间，栈空间的大小可以设定。

3.线程的局部存储，__thread。我们知道定义的全局变量 int val=100，所有进程都可以看到，A线程修改了全局变量，B线程访问该全局变量时是修改后的全局变量。访问到的全局变量地址是同一个值。

但用__thread int val=100;对它进行修饰，A线程修改了全局变量，B线程访问该全局变量值仍不变，A B线程访问到的地址各不相同。

__thread 修饰全局变量，让原本独一份的全局变量，给每个线程各一份。相当于在每个线程中定义了一个局部变量。

有什么用呢？当我们要访问线程id时，每次都要去库里面找，效率低。__thread pthread_t tid; 将线程id缓存到里面，下次访问的时候提高效率。

__thread 只能修饰内置类型