线程的概念与实现方式

线程的概念

进程是正在执行的程序。线程是进程内部的一条执行路径，一个进程可以有多个线程。

进程线程的区别

• 进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。
• 进程有自己的独立地址空间，线程共享进程中的地址空间。
• 进程的创建消耗资源大，线程的创建相对较小。
• 进程的切换开销大，线程的切换开销相对较小。

线程使用

线程相关的接口函数

int pthread_create(pthread_t* thread,const pthread_attr_t* attr,void* (start_routine)(void),void arg);
用于创建线程，thread:接收线程ID。attr:线程属性。start_rountine:指定线程函数。arg：线程函数传递的参数。

int pthread_exit(void *retval);
退出线程，retval：指定退出程序。

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
等待thread指定的线程退出，线程未退出时，该方法阻塞。retval：接收thread线程退出时，指定的退出信息。

多线程代码

实例1：

运行结果：

线程并发

运行结果：
以上程序我们有五个线程，每个线程打印三次，将主程序中的i的地址传递给我们的线程，线程获取i的值将其打印。我们将三次打印的值分别分开如下图：
我们发现三次打印的值都一样，只是顺序不一样，是因为线程运行速度不一样所以输出的顺序才会发生改变。此处要注意：例如线程5，我们将i的地址赋值给线程5时，此时i为4，但是当线程获取i的值时，i已经进入了我们第二次获取退出信息的循环，此时i=0，所以线程5才会输出0。
示例二：

求最后一次输出结果。
我们肯定会想到有五个进程，每个进程对count进行后置++,所以最后一次输出肯定是5000，输出结果呢大部分情况下也是5000，但是会有一部分情况下会小于5000，是为什么呢？
多个线程抢占一个cpu，就会进行并发处理，但是如果有多个处理器，就会发生一个处理器处理一个线程，导致并行处理，这样会使得两个线程同时加一，就会少一次自增。

线程的实现方式

线程的实现方式从操作系统的角度分为：用户级，内核级，组合
用户级：开销小，可以创建很多，但不能利用多处理器资源。
内核级：开销大，由内核直接管理，可以利用多处理器资源。
linux操作系统实现方式：内核级，linux比较特殊，没有特定的线程，以进程的方式实现，每个线程都有相对应的struct task_struct;PCB。

线程的同步

线程的同步指的是一个线程在对某个资源进行操作时，其他线程都不可以对这个资源进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才可以操作，也就是协同步调，让线程按预定的先后顺序进行运行。线程同步的方法有四种：信号量，互斥锁，条件变量，读写锁

信号量

信号量特殊的资源总量，p操作获取资源-1，v操作释放资源+1。临界资源：同一时刻只允许一个进程访问的资源。临界区：访问临界资源的代码段。
头文件：#include<semaphore.h>
int sem_init(sem_t* sem,int psshared,unsigned int value);//初始化函数
int sem_wait(sem_t* sem);//p操作
int sem_post(sem_t* sem);//v操作
int sem_destroy(sem_t *sem);//销毁信号量
代码演示：
创建三个线程，让其有序输出ABCABC……
代码：


运行结果：

互斥锁

互斥锁中有加锁和解锁操作。
pthread_mutex_init();//初始化
pthread_mutex_destroy();//销毁
pthread_mutex_lock();//加锁
pthread_mutex_unlock();//解锁
代码举例：
我们上面有一个例题，五个线程，每个线程对一个全局变量进行+1操作执行1000次，我们会发现当内核cpu大于等于2时会出现总数小于5000的情况，因为同时对同一个值进行+1操作，就等于自增一次。我们可以通过互斥锁使得这种情况进行阻塞。

运行结果：每一次最终相加结果为5000.

读写锁

读写锁就和名字一样存在读和写两种操作，不同之处在于可以同时读，但是写的时候不能读，也不能写，也就是说我们进行读操作时可以进行另外的读操作，但不能进行写操作。
pthread_rwlock_rdlock//读操作
pthread_rwlock_wrlock//写操作
pthread_rwlock_unlock//解锁
pthread_rwlock_init//初始化
pthread_rwlock_destroy//删除锁
代码举例：
创建三个线程，两个进行写操作，一个进行读操作。


执行结果：

通过运行结果我们可以发现两次读操作可以同时运行，但是写操作只能独自运行。

条件变量

条件变量提供了一种线程间的通知机制：当某个共享数据达到某个值的时候，唤醒等待这个共享数据的线程。
int pthread_cond_init//初始化
int pthread_cond_wait//等待
int pthread_cond_signal//唤醒单个线程
int pthread_cond_broadcast//唤醒所有等待的线程
int pthread_cond_destroy//销毁消息变量
代码演示：

运行结果：

线程的安全

线程安全就是在多线程运行的过程中，不管线程的调度顺序怎么样，最终结果都是安全的。
保证线程安全两点要素：

• 对线程同步，保证同一时刻只有一个线程访问临界资源。
• 在多线程中使用线程安全的函数。（线程安全函数：一个函数能被多个线程同时调用且巴布达省静态条件）

线程同步我们上面已经详细讲述，我们可以通过举例了解一下线程安全函数。

观察上面的代码，我们期待的运行结果应改时输出a1b2c3d4e…但是我们运行之后会发现结果不尽人意：

因为strtok函数中存在一个静态变量，导致运行两个strtok函数出现冲突。
修改后代码如下：
运行结果如下：

线程与fork

fork函数在哪一个线程上仅分裂当前线程。
将线程安全代码线程中加入fork函数，

运行结果如下：
我们会发现仅对当前线程进行了分裂。