05.线程

news2024/12/29 8:49:10

进程有哪些缺陷？

1.创建的代价较高

进程是OS进行资源分配的基本单位，也就是说创建进程是需要分配资源的，所以创建代价很高

2.通信不方便

进程之间要想进行通信必须借助第三方资源（管道、内存映射、消息队列）

线程的优点有哪些？

线程与进行一样，在单核的情情况下都可以并发执行，多核可以并行执行。
但是线程的创建代价没有进程高，一个进程可以创建多个线程，这写线程共享同一份资源。共享同一份资源自然，通信就方便了很多

pthread_create函数

创建线程的函数

int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,(void *)( *start_routine)(void *),void *arg)

参一：传出参数，子线程tid
参二：线程的属性（attr）
参三：函数指针，子进程要执行的代码放在这个函数里面
参四：子进程函数的参数
返回值：
成功返回0
失败返回错误号
#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
void* thread1(void* arg){
    sleep(1);
    printf("thread1 = %lu\n",pthread_self());
    return NULL;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    if(ret == -1){
        perror("pthread_create error:");
        return -1;
    }
    printf("main therad = %lu\n",pthread_self());
    //%lu是无符号场整形 unsigned long int 
    while(1);
    return 0;
}

pthread_self函数

获取线程tid的函数

pthread_t pthread_self(void)

返回值和无符号场整形，%lu
#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
int a;
void* thread1(void* arg){
    printf("thread1 tid = %lu\n",pthread_self());
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    if(ret != 0){
        perror("pthread_create error:");
        return -1;
    }
    printf("main thread tid = %lu\n",pthread_self());
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        sleep(1);
    }
    printf("pthread_create ret = %d\n",ret);
    return 0;
}

终止线程的方法

1.进程结束了，底下的线程肯定都结束了

在主函数执行return

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
int a;
void* thread1(void* arg){
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    sleep(1);
    return 0;
}

调用exit()函数

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;
void* thread1(void* arg){
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
void* thread2(void* arg){
    sleep(2);
    exit(-1);
    return NULL;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,thread2,NULL);
    while(1);
    return 0;
}

2.结束当前的线程

在start_rountine函数中执行return

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;
void* thread1(void* arg){
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        return NULL;
        printf("1\n");
    }
    
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    sleep(2);
    return 0;
}

调用pthread_exit()函数

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;
void func(){
    printf("This is func!\n");
    pthread_exit(NULL);
}
void* thread1(void* arg){
    while(a!=10){
        a++;
        printf("a = %d\n",a);
        func();
        printf("1\n");
    }
    
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    sleep(2);
    return 0;
}

调用pthread_cancel函数

int pthread_cancel(pthread_t thread);
参一为要取消的线程
函数描述：调用该函数之后，会向指定线程发送一个取消请求，然后立即返回，被请求取消的进程需要等到某个取消点（通常为系统调用）
可以调用pthread_testcancel()函数，手动创建取消点
#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;
int stats;

void* thread1(void* arg){
    while(1){
        if(a == 10){
            a=0;
        }
        a++;
        pthread_testcancel();
    }
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    int ret = pthread_cancel(tid);
    if(ret == 0){
        printf("cancel sucess!\n");
    }else{
        printf("cancel error!\n");
    }
    while(1){
        printf("a = %d\n",a);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

线程的连接和分离

pthread_join函数

函数原型：int pthread_join(pthread_t tid ,void **retval);

函数描述：等待指定线程的结束，然后回收，这种操作被称为连接。未连接的进程会产生僵尸线程

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;

void* thread1(void* arg){
    while(1){
        if(a == 10){
            pthread_exit(NULL);
        }
        a++;
    }
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid;
    void* res;
    pthread_create(&tid,NULL,thread1,NULL);
    pthread_join(tid,&res);
    printf("res = %s",(char*)res);
    printf("a = %d\n",a);
    return 0;
}

有些线程不关心返回状态，只是希望OS能在线程终止的时候自动清理并移出，这时可以调用pthread_detach函数设置线程未分离状态

pthread_detach函数

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
int a;

void* thread1(void* arg){
    while(1){
        if(a == 10){
            pthread_exit(NULL);
        }
        a++;
    }
}
void* thread2(void* arg){
    while(1){
        if(a == 10){
            pthread_exit(NULL);
        }
        a++;
    }
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tid1;
    pthread_t tid2;
    void* res;
    pthread_create(&tid1,NULL,thread1,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,thread2,NULL);
    pthread_detach(tid2);
    pthread_join(tid2,&res);
    printf("res = %s",(char*)res);
    printf("a = %d\n",a);
    return 0;
}

练习

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

#include<stdio.h>
#include<string.h>                                                              
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
const int N=1e6;
int a;
void* thread1(void* arg){
    for(int i = 1;i <= N; i++){
        a++;
    }
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t tids[10];
    //创建10个线程，用tids数组存储tid
    for(int i = 0;i < 10; i++){
        pthread_create(tids+i,NULL,thread1,NULL);
    }
    //阻塞等待10个线程都执行结束，打印a的值
    for(int i = 0;i < 10; i++){
        pthread_join(tids[i],NULL);
    }
    printf("a = %d\n",a);
    return 0;
}

观察数据

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

线程同步的引入

观察上面的数据，发现10个线程如果同时执行1e6次自增操作，最后结果应该是1e7，但是多次得到的结果确实小于等于1e7，这种情况是不可以接受的，为什么会出现这种问题？

因为线程之间的并发执行的，且a++不是原子操作。
举一个例子，现在线程1和线程2并发执行，它们同时读取了a的数据，读到的都是5，然后对5+1返回结果给a，线程1和线程2同时结束，a的值为6，而不是7，这就出现了问题。出现这个问题的原因是线程之间是共享资源的，同时访问一块内存，有时会造成错误。（保证线程和线程访问同一块空间的时候不出现冲突）
所以得让进程之间商量着来，协同一下步调。

同步

同步分为同步异步的同步和线程同步

同步与异步

提到同步和异步，很难不想到阻塞和非阻塞。

阻塞和非阻塞一半表述进程的状态，具体指的是进程在执行过程中是否遇到阻塞实现（是否被挂起），如果被挂起了就是阻塞状态，没有被挂起就是非阻塞

而同步异步一般指的是系统调用时候是否会阻塞执行

同步函数

同步函数是指在系统调用的过程中，程序会被阻塞，知道系统调用结束返回结果。
特点：
1.阻塞执行
2.可预测，符合传统程序的执行过程

异步函数

异步函数指的是系统调用过程中，程序不会阻塞，继续执行后面的代码。等到系统调用结束之后，内核会通过某种机制（信号或者回调函数等等）通知程序。
特点：
1.非阻塞：不会阻塞等待返回的结果，而是直接执行后面的代码。
2.事件驱动性：当系统调用完成时，内核会通过事件通知应用程序，应用程序需要处理这些事件
3.复杂性：异步编程模型复杂，需要处理多个事件和状态

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