线程初步（1）—— 线程的创建、参数和返回值、结束、状态、取消

1线程（thread）的概念和特点

　　网络一般都需要实现代码的并行。代码的并行必须借助多进程/多线程。

　　主流操作系统中都是支持多进程，而在每个进程的内部，都支持多线程并行。

　　进程，重量级的，拥有自己独立的内存空间。

　　线程，轻量级的，不需要拥有自己独立的内存空间，只是额外拥有一个独立的栈。一个进程内存的所有线程共享进程的资源（代码区、全局区、堆、文件目录……）。

　　进程中支持多线程并行，其中有一个是主线程，进程中必须有主线程（main函数）。

　　因此网络开发经常是网络+多线程模式。

2 线程的实现原理

　　计算机程序运行的硬件必备：CPU、内存。如果要并行，意味着CPU和内存都应该可分。内存是可分的，但CPU不可分，那么多线程怎么并行？

　　主流操作系统采用CPU时间片技术实现多线程的并行。人的感知是需要时间的，这种时间属于时间段，比如0.1秒，对于计算机来说，0.1秒可以分为100毫秒。把100毫秒的CPU执行时间分成100个CPU时间片，每个 1毫秒。假如有4个线程并行，每个线程分1片，4毫秒以后，每个线程都运行了1毫秒。针对时间点来说，线程没有并行；针对时间段来说，利用CPU时间片技术可以实现并行。

　　多线程之间互相独立，但又互相影响。

　　主线程一旦结束，进程随之结束，进程结束导致所有线程结束。

　　多线程之间代码是乱序执行，每个线程内部的代码是顺序执行。

3 线程的实现

　　POSIX规范中对线程做了比较完善的定义，因此，线程编码使用 pthread.h，几乎所有的函数都以pthread_ 开头。代码在libpthread.so中。

　　比如：创建线程的函数：

　　pthread_create()

　　4个指针类型做参数：

　　　　第一个参数：用于存储pthread_t 类型的线程ID

　　　　第二个参数: 线程属性，一般为0即可(默认属性)

　　　　第三个参数和第四个参数联合使用，第三个参数是函数指针，把线程需要执行的代码写在函数中，函数的参数由第四个参数提供。

void* (*fun) (void*)

　　返回，成功返回0，失败返回错误码。线程的函数错误处理通过返回错误码的方式，而不是使用errno。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

void* task(void* p){
int i;
for(i=0;i<100;i++){
printf("task:%d\n",i);
}
}

int main(){
pthread_t id;//用来存储线程ID
printf("size=%d\n",sizeof(id));
int res = pthread_create(&id,0,task,0);
if(res/*!=0*/)
printf("create error:%s\n",strerror(res));//线程错误处理
int i;
for(i=0;i<100;i++){
printf("main:%d\n",i);
}
sleep(1);
}

4 线程的参数和返回值

4.1 线程的参数

　　在使用线程的参数时，必须保证参数的指向有效。

　　pthread_join()可以让一个线程等待另外一个线程结束，并且取得结束线程的返回值。(类似wait)

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* task(void* p){//p就是create()第4个参数
int* pi = p;
printf("*pi=%d\n",*pi);
*pi = 200;
}

//练习：线程传入圆的半径，打印圆的面积
void* task2(void* p){
double* pd = p;
printf("s=%lf\n",3.14*(*pd)*(*pd));
}

int main(){
pthread_t id1,id2,id3;
int x = 100;
pthread_create(&id1,0,task,&x);
id2 = pthread_self();//取当前线程的ID
printf("id1=%u,main=%u\n",id1,id2);
pthread_join(id1,0);
printf("x=%d\n",x);
double d = 1.0;
pthread_create(&id3,0,task2,&d);
pthread_join(id3,0);
}

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

void* task(void* p){
int x = (int)p;//可以拿指针当int用
printf("x=%d\n",x);
}

void* task2(void* p){
sleep(1);
int* pi = p;//p已经被释放，无效
printf("*pi=%d\n",*pi);
}

int main(){
pthread_t id1,id2;
int x = 100;
pthread_create(&id1,0,task,(void*)x);//传int
pthread_join(id1,0);
int* pi = malloc(4); *pi = 100;
pthread_create(&id2,0,task2,pi);
free(pi); pthread_join(id2,0);
}

4.2 线程的返回值

关于函数/线程的返回值：

　　1 不能直接以数组做返回类型；

　　2 能返回局部变量，但不能返回指向局部变量的指针；

　　3 加了static的变量指针可以返回。

　　线程的返回值必须是一个有效的指针：全局变量、常量、传入的指针、static的局部变量。

　　线程的返回值可以pthread_join的第二个参数取得：

　　　　pthread_join(pthread_t id,void** retval)

　　取返回值时，相当于代码：

　　　　*(retval) = 线程的返回值

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

void* task(void* p){
printf("%s\n",(char*)p);
//p = "hello";//改地址,p指向只读常量区
strcpy(p,"hello");//没有改地址main()有效
//char st[] = "hello";//局部变量,返回无效
//return st;
return p;//res = p;
}

//练习：在线程中计算1-10的和，并返回给main
void* task2(void* p){
/*static*/ int sum = 0;
int i;
for(i=1;i<11;i++){
sum = sum+i;
}
return (void*)sum;//∑
}

int main(){
char str[] = "abcde"; pthread_t id;
pthread_create(&id,0,task,str);
char* res;//res是 野指针
pthread_join(id,(void**)&res);//res = p;
printf("res=%s\n",res);
pthread_create(&id,0,task2,0);
//int* pi;
//pthread_join(id,(void**)&pi);
//printf("*pi=%d\n",*pi);
int x;
pthread_join(id,(void**)&x);
printf("x=%d\n",x);
}

5 线程的结束

正常结束：

　　线程函数结束

　　pthread_exit(void* retval)，与return一样

非正常结束：

　　出错/被其他线程取消

注：exit()结束的是进程，所以不能用于结束线程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void* task(void* p){
int i;
for(i=0;i<100;i++){
//if(i == 12)  return (void*)i;
//if(i == 12) pthread_exit((void*)i);
if(i == 12) exit(i);//结束进程
}
}

int main(){
pthread_t id;
pthread_create(&id,0,task,0);
int res;
pthread_join(id,(void**)&res);
printf("res=%d\n",res);
}

6 线程的状态

线程在启动后，可以通过不同的函数进入不同的状态：

　　pthread_join() 进入非分离状态(同步)，非分离状态的线程会在pthread_join()结束后回收线程资源。

　　pthread_detach() 进入分离状态(异步)，分离状态的线程会在线程结束后直接回收线程的资源。

　　已经处于分离状态的线程 join()没有效果。线程最好处于这两种状态其中的一种。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void* task(void* p){
int i;
for(i=0;i<10;i++){
printf("task:%d\n",i); usleep(100000);
}
}

int main(){
pthread_t id;
pthread_create(&id,0,task,0);
pthread_detach(id);
pthread_join(id,0);
int i;
for(i=0;i<10;i++){
printf("main:%d\n",i); usleep(100000);
}
}

7 线程的取消（了解）

　　线程的取消就是给目标线程发CANCEL信号，目标线程可以做出3种选择：忽略、立刻停止、过一会再停止。

　　线程取消的相关函数：

　　　　pthread_cancel() 给目标线程发取消信号

　　　　pthread_setcancelstate() 设置是否支持取消

　　　　pthread_setcanceltype() 设置取消的方式

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* task1(void* p){
//pthread_setcancelstate(//不能取消
//PTHREAD_CANCEL_DISABLE,0);
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,0);
//pthread_setcanceltype(//立即取消
//PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,0);
pthread_setcanceltype(//到下一个取消点
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED,0);
while(1)
printf("-----------\n"),usleep(1);
}

void* task2(void* p){
sleep(3);
printf("取消线程1\n");
pthread_cancel(*(pthread_t*)p);
}

int main(){
pthread_t id1,id2;
pthread_create(&id1,0,task1,0);
pthread_create(&id2,0,task2,&id1);
pthread_join(id1,0); pthread_join(id2,0);
}