“多线程”简介及其C代码实现框架

在一些计算机专业相关的书籍中，大家经常听说“多线程”这个概念。那么什么是“多线程”？什么时候使用“多线程”？在程序设计中使用“多线程”有什么好处呢？很多刚入职的程序员也对“多线程”感到非常的好奇，认为它很“高大上”。本文对“多线程”进行了简单的介绍，并给出了其C代码的实现框架。

“单线程”程序

要想理解“多线程”，那么就要先从“单线程”说起。

大家都知道工厂“流水线”作业，里面的工序是一环扣一环的，只有前面的一道工序完成之后，才能够启动下一道工序。这其实和“单线程”的原理非常的相似。

在“单线程”里面，程序的功能是顺序执行的，只有前面的流程都成功执行，后面的流程才能够被执行到。例如，要实现一个话单文件生成、上传和删除的程序，使用“单线程”程序来完成，那么其流程如图1所示。



图1 “单线程”程序

“多线程”程序

大家也许注意到了，图1中的生成文件、上传文件和删除文件的流程其实可以独立开来。也就是说，这三个流程是互不影响的。这样也就诞生了“多线程”的概念。

“多线程”，顾名思义，就是多个“单线程”，每个线程独立地完成相关的功能。如图1所示的程序，如果用“多线程”来实现，那么其流程如图2所示。



图2 “多线程”程序

从图2可以看出，当程序启动之后，线程1、线程2和线程3是同时运行的。线程1仅用于生成话单文件，线程2仅用于上传话单文件，线程3仅用于删除过期的话单文件。这样一来，任何一个线程执行成功与否对另外两个线程都没有影响，真正地实现了程序的“并行”。

“多线程”的优点

“多线程”在大型软件程序中有着很广泛的应用，其优点如下：

第一，将原来在一个大流程中实现的功能放到了多个小流程中，程序更加的简洁和易于阅读。

第二，将不同的功能放到不同的线程中，提高了程序的执行效率。

第三，“多线程”使得程序的模块化更强，有利于追踪程序执行过程和排查问题。

“多线程”的C代码框架

/**********************************************************************
* 版权所有 (C)2015, Zhou Zhaoxiong。
*
* 文件名称：ThreadCreate.c
* 文件标识：无
* 内容摘要：演示多线程的创建
* 其它说明：无
* 当前版本：V1.0
* 作    者：Zhou Zhaoxiong
* 完成日期：20151029
*
**********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

// 重定义数据类型
typedef signed   int    INT32;
typedef unsigned int    UINT32;

// 宏定义
#define THREAD_NUM     5              // 线程个数

// 函数声明
void ScanTask(void *pParam);
void ProcessTask(void *pParam);

/**********************************************************************
* 功能描述：主函数
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返 回 值：无
* 其它说明：无
* 修改日期        版本号     修改人            修改内容
* -------------------------------------------------------------------
* 20151029        V1.0   Zhou Zhaoxiong       创建
***********************************************************************/
INT32 main()
{
pthread_t MultiHandle  = 0;      // 多线程句柄
pthread_t SingleHandle = 0;     // 单线程句柄
UINT32    iLoopFlag    = 0;
INT32     iRetVal      = 0;  // 创建线程函数的返回值

// 循环创建线程
for (iLoopFlag = 0; iLoopFlag < THREAD_NUM; iLoopFlag ++)
{
iRetVal = pthread_create(&MultiHandle, NULL, (void * (*)(void *))(&ScanTask), (void *)iLoopFlag);
if (0 != iRetVal)
{
printf("Create ScanTask %d failed!\n", iLoopFlag);
return -1;
}
}

// 单独创建线程
iRetVal = pthread_create(&SingleHandle, NULL, (void * (*)(void *))(&ProcessTask), NULL);
if (0 != iRetVal)
{
printf("Create ProcessTask failed!\n");
return -1;
}

return 0;
}

/**********************************************************************
* 功能描述： 扫描线程
* 输入参数： pParam-线程编号
* 输出参数： 无
* 返 回 值： 无
* 其它说明： 无
* 修改日期            版本号            修改人           修改内容
* ----------------------------------------------------------------------
*  20151029           V1.0          Zhou Zhaoxiong        创建
************************************************************************/
void ScanTask(void *pParam)
{
UINT32  iThreadNo   = 0;        // 线程编号

iThreadNo = (UINT32)pParam;     // 获取线程编号

printf("Now, into ScanTask[%d].\n", iThreadNo);    // 打印包含线程编号的消息

// 进行后续操作
}

/**********************************************************************
* 功能描述： 处理线程
* 输入参数： 无
* 输出参数： 无
* 返 回 值： 无
* 其它说明： 无
* 修改日期            版本号            修改人           修改内容
* ----------------------------------------------------------------------
*  20151029            V1.0          Zhou Zhaoxiong      创建
************************************************************************/
void ProcessTask(void *pParam)
{
printf("Now, into ProcessTask.\n");

// 进行后续操作
}

说明：

第一，本程序利用pthread_create函数来创建线程，该函数的原型是：

int pthread_create(pthread_t tidp,const pthread_attr_t *attr,(void)(start_rtn)(void),void *arg);

第一个参数为指向线程标识符的指针，在本程序中为MultiHandle和SingleHandle。

第二个参数用来设置线程属性。

第三个参数是线程运行函数的起始地址，在本程序中即为函数名。

第四个参数是运行函数的参数，当同时创建多个功能相同的线程时，该参数表示线程编号。

第二，在Linux下，该程序的编译命令为：gcc -g -o ThreadCreate ThreadCreate.c –lpthread。注意，最后的“–lpthread”是不能省略的，否则程序编译不通过。因为pthread并非Linux系统的默认库，而要在Linux中将其作为一个库来使用，就需要加上“-lpthread”或“-pthread”以显式链接该库。

第三，在程序的多线程中，建议不要同时对同一个全局变量进行加、减等操作。如果确实需要这样做，要注意在关键代码处使用加锁操作。

总结

随着软件功能的增强，随之而来的就是程序复杂度的提升，这也使得程序从“单线程”到“多线程”的转变成为必然。

“多线程”和“单线程”分别对应“并行”和“串行”，是软件开发人员必须要掌握的一种程序设计的方法。设计合理的“多线程”程序不仅逻辑清晰、易于阅读，而且程序的执行效率高，对于软件产品效率和质量的提升具有很重要的意义。

最后，推荐大家阅读一篇文章《进程与线程的一个简单解释》(http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html)，本文以图形的方式展示了进程与线程的区别，及有关操作系统的其它概念，值得一读。

原文链接：http://www.daxixiong.com/?/article/12

本文中的代码已提交到GitHub上，请见：https://github.com/zhouzxi/ThreadCreate