1.什么是线程

1.1 概念

线程是一个轻量级的进程，为了提高系统的性能引入线程。

线程和进程都参与统一的调度。

在同一个进程中可以创建的多个线程, 共享进程资源。

（Linux里同样用task_struct来描述一个线程）

1.2 进程和线程的区别

相同点：都为操作系统提供了并发执行能力

不同点：

调度和资源：线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位

地址空间方面：同一个进程创建的多个线程共享该进程的资源；进程的地址空间相互独立

通信方面：线程通信相对简单，只需要通过全局变量可以实现，但是需要考虑临界资源访问的问题；进程通信比较复杂，需要借助进程间的通信机制(借助3g-4g内核空间)

安全性方面：线程安全性差一些，当进程结束时会导致所有线程退出；进程相对安全

面试题：程序什么时候该使用线程？什么时候用进程？

对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。

要求效率高、速度快的高并发环境时，需要频繁创建、销毁或切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程。

1.3 线程资源

共享的资源：可执行的指令、静态数据、进程中打开的文件描述符、信号处理函数、当前工作目录、用户ID、用户组ID

私有的资源：线程ID (TID)、PC(程序计数器)和相关寄存器、堆栈(局部变量, 返回地址)、错误号 (errno)、信号掩码和优先级、执行状态和属性

创建线程：

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

//线程函数
void *handler_thread(void *arg)
{
    printf("in handler_thread\n");
    while (1)
        ; //让从线程不退出，进程状态l也就是多线程
    return NULL;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t tid;
    if (pthread_create(&tid, NULL, handler_thread, NULL) != 0)
    {
        perror("create thread err");
        return -1;
    }
    printf("in main\n");
    while (1)
        ; //不能让整个进程结束
    return 0;
}

2.3 回收线程资源

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr)

功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数

参数：thread：创建的线程对象,线程ID

     value_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数， 一般为NULL

返回值：成功 ： 0

       失败：errno

int pthread_detach(pthread_t thread);

功能：让线程结束时自动回收线程资源,让线程和主线程分离,非阻塞函数

参数：thread：线程ID

非阻塞式的，例如主线程分离(detach)了线程T2，那么主线程不会阻塞在pthread_detach()，pthread_detach()会直接返回，线程T2终止后会被操作系统自动回收资源

练习：输入输出，quit结束

通过线程实现数据的交互，主线程循环从终端输入，线程函数将数据循环输出，当输入quit结束程序。

（1）全局变量进行通信

（2）加上标志位(flag)，实现主线程输入一次，线程函数打印一次， int flag = 0;

//主线程输入，从线程输出，quit结束
//使用flag全局变量
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

char buf[33];
int flag = 0; //为了进行线程间通讯，保证让主线程输入一次然后从线程输出一次
//线程函数
void *handler(void *arg)
{
    printf("in handler\n");
    //pthread_exit(NULL); //让从线程退出
    while (1)//让从线程不退出
    {
        if (flag)
        {
            if(strcmp(buf,"quit") == 0)
                break;
            printf("%s\n", buf);
            flag--;
        }

    }
    
    return NULL;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t tid;
    if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0)
    {
        perror("create thread err");
        return -1;
    }
    printf("in main\n");
    while(1)//不让整个进程结束
    {
        if(!flag)
        {
            scanf("%s", buf);
            flag++;
            if (strcmp(buf, "quit") == 0)
                break;
        }
    }
    return 0;
}

4.互斥

4.1 概念

互斥：多个线程在访问临界资源时，同一时间只能一个线程访问

临界资源：一次仅允许一个线所使用的资源

临界区：指的是一个访问共享资源的程序片段

互斥锁：通过互斥锁可以实现互斥机制，主要用来保护临界资源，每个临界资源都由一个互斥锁来保护，线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得锁为止。

pthread_mutex_init

pthread_mutex_lock

pthread_mutex_unlock

4.2 函数接口

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr)

功能：初始化互斥锁  

参数：mutex：互斥锁

    attr:  互斥锁属性  //  NULL表示缺省属性

返回值：成功 0

      失败 -1

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

功能：申请互斥锁     

参数：mutex：互斥锁

返回值：成功 0

      失败 -1

注：和pthread_mutex_trylock区别：pthread_mutex_lock是阻塞的；pthread_mutex_trylock不阻塞，如果申请不到锁会立刻返回

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

功能：释放互斥锁     

参数：mutex：互斥锁

返回值：成功 0

      失败 -1

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

功能：销毁互斥锁     

参数：mutex：互斥锁

补充：死锁

是指两个或两个以上的进程或线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

死锁产生的四个必要条件

1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用

2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。

3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。

4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

注意：当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

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

//条件变量
int money;
pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
pthread_cond_t cond2;

void *spend_m(void *arg) //花钱
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if (money < 100)
        {
            pthread_cond_wait(&cond, &lock);
        }
        while(money >= 100)
        {
            money -= 100;
            printf("spend 100 dollars\n");
        }
        if (money < 100)
        {
            pthread_cond_signal(&cond2);
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    
    return NULL;
}

//赚钱
int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t tid;
    //初始化
    if(pthread_create(&tid, NULL, spend_m, NULL) != 0)
    {
        perror("pthread create err");
        return -1;
    }
    if(pthread_mutex_init(&lock,NULL))
    {
        perror("lock init err");
        return -1;
    }
    if(pthread_cond_init(&cond,NULL))
    {
        perror("cond init err");
        return -1;
    }
    if(pthread_cond_init(&cond2,NULL))
    {
        perror("cond init err");
        return -1;
    }

    //主线程
    while(1)
    {
        //sleep(2); //为了保证pthread_cond_wait先执行
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if (money >= 100)
        {
            pthread_cond_wait(&cond2, &lock);
        }
        scanf("%d", &money);
        if (money >= 100)
        {
            pthread_cond_signal(&cond);
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }

    //回收
    pthread_join(tid,NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    return 0;

}