【Linux系统编程】线程的基本操作

概述

每个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段，这就造成进程在进行创建、切换、撤销操作时，需要较大的系统开销。为了减少系统开销，从进程中演化出了线程。为了让进程完成一定的工作，进程必须至少包含一个线程。线程存在于进程中，共享进程的资源。更多详情，请看《进程和线程的区别与联系》。
就像每个进程都有一个进程号一样，每个线程也有一个线程号。进程号在整个系统中是唯一的，但线程号不同，线程号只在它所属的进程环境中有效。进程号用 pid_t 数据类型表示，是一个非负整数。线程号则用 pthread_t 数据类型来表示，Linux 使用无符号长整数表示。有的系统在实现 pthread_t 的时候，用一个结构体来表示，所以在可移植的操作系统实现不能把它做为整数处理。

线程的常用函数

1）获取线程号所需头文件：#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
功能：获取线程号。参数：无返回值：调用线程的线程 ID 。
2）线程号的比较所需头文件：#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
功能：判断线程号 t1 和 t2 是否相等。为了方便移植，尽量使用函数来比较线程 ID。参数：t1，t2：待判断的线程号。返回值：相等：  非 0不相等：0
示例代码：#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t thread_id;

thread_id = pthread_self(); // 返回调用线程的线程ID
printf("Thread ID = %lu \n",thread_id);

if( 0 != pthread_equal( thread_id, pthread_self() ) ){
printf("Equal!\n");
}else{
printf("Not equal!\n");
}

return 0;
}

线程函数的程序在 pthread 库中，故链接时要加上参数 -lpthread。

运行结果如下：


3）线程的创建所需头文件：#include <pthread.h>
int pthread_create( pthread_t *thread,
const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg );功能：创建一个线程。
参数：thread：线程标识符地址。attr：线程属性结构体地址，通常设置为 NULL。start_routine：线程函数的入口地址。arg：传给线程函数的参数。返回值：成功：0失败：非 0
pthread_create() 创建的线程从指定的回调函数开始运行，该函数运行完后，该线程也就退出了。线程依赖进程存在的，共享进程的资源，如果创建线程的进程结束了，线程也就结束了。
示例一：#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int var = 8;

void *thread_1(void *arg)
{
while(1)
{
printf("this is my new thread1: var++\n");
var++;
sleep(1);
}
return NULL;
}

void *thread_2(void * arg)
{
while(1){
printf("this is my new thread2: var = %d\n", var);
sleep(1);
}

return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t tid1,tid2;

//创建两个线程
pthread_create(&tid1, NULL, thread_1, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, thread_2, NULL);

while(1){
printf("the main thread: var = %d\n", var);
sleep(1);
}

return 0;
}

运行结果如下：


示例二：#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

// 回调函数
void *thread_fun(void * arg)
{
sleep(1);
int num = *( (int *)arg );
printf("int the new thread: num = %d\n", num);

return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t tid;
int test = 100;

// 创建线程, 把 &test 传给回调函数 thread_fun()
pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, (void *)&test);

while(1);

return 0;
}

运行结果如下：


4）回收线程资源所需头文件：#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
功能：等待线程结束（此函数会阻塞），并回收线程资源，类似进程的 wait() 函数。如果线程已经结束，那么该函数会立即返回。
参数：thread：被等待的线程号。
retval：用来存储线程退出状态的指针的地址。
返回值：成功：0失败：非 0
示例代码如下：#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thead(void *arg)
{
static int num = 123; //静态变量

printf("after 2 seceonds, thread will return\n");
sleep(2);

return #
}

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t tid;
int ret = 0;
void *value = NULL;

// 创建线程
ret = pthread_create(&tid, NULL, thead, NULL);
if(ret != 0){ //创建失败
perror("pthread_create");
}

// 等待线程号为 tid 的线程，如果此线程结束就回收其资源
// &value保存线程退出的返回值
pthread_join(tid, &value);

printf("value = %d\n", *( (int *)value ) );

return 0;
}

运行结果如下：


创建一个线程后应回收其资源，但使用 pthread_join() 函数会使调用者阻塞，Linux 还提供了非阻塞函数 pthread_detach() 来回收线程的资源。

所需头文件：#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
功能：使调用线程与当前进程分离，分离后不代表此线程不依赖与当前进程，线程分离的目的是将线程资源的回收工作交由系统自动来完成，也就是说当被分离的线程结束之后，系统会自动回收它的资源。所以，此函数不会阻塞。参数：thread：线程号。
返回值：成功：0失败：非 0

注意，调用 pthread_detach() 后再调用 pthread_join() , pthread_join() 会立马返回，调用失败。
示例代码如下：#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thead(void *arg)
{
int i;
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("I am runing\n");
sleep(1);
}

return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
int ret = 0;
pthread_t tid;

ret = pthread_create(&tid, NULL, thead, NULL);
if(ret!=0){
perror("pthread_create");
}

pthread_detach(tid); // 线程分离，不阻塞

// 立马返回，调用失败
int flag = pthread_join(tid, NULL);
if(flag != 0){
printf("join not working\n");
}

printf("after join\n");
sleep(3);
printf("I am leaving\n");

return 0;
}

运行结果如下：


5）线程退出在进程中我们可以调用 exit() 函数或 _exit() 函数来结束进程，在一个线程中我们可以通过 pthread_exit() 在不终止整个进程的情况下停止它的控制流。
所需头文件：#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);功能：退出调用线程。一个进程中的多个线程是共享该进程的数据段，因此，通常线程退出后所占用的资源并不会释放。
参数：retval：存储线程退出状态的指针。
返回值：无
示例代码如下：#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thread(void *arg)
{
static int num = 123; //静态变量
int i = 0;
while(1)
{
printf("I am runing\n");
sleep(1);
i++;
if(i==3)
{
pthread_exit( (void *)&num );
// return #
}
}

return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
int ret = 0;
pthread_t tid;
void *value = NULL;

ret = pthread_create(&tid, NULL, thread, NULL);
if(ret!=0){
perror("pthread_create");
}

pthread_join(tid, &value);

printf("value = %d\n", *(int *)value );

return 0;
}

运行结果如下：