1.线程的特性

进程和线程的关系如下图:

关于进程线程的问题

• 如何看待之前学习的单进程？具有一个线程执行流的进程

线程 ID 及进程地址空间布局

• pthread_ create 函数会产生一个线程 ID，存放在第一个参数指向的地址中。 该线程 ID 和前面说的线程 ID 不是一回事。
•  前面讲的线程 ID 属于进程调度的范畴。因为线程是轻量级进程，是操作系统 调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程。
•  pthread_ create 函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即 为新创建线程的线程 ID，属于 NPTL 线程库的范畴。线程库的后续操作，就是根据 该线程 ID 来操作线程的。
•  线程库 NPTL 提供了 pthread_ self 函数，可以获得线程自身的 ID：pthread_t pthread_self(void);

pthread_t 到底是什么类型呢？取决于实现。对于 Linux 目前实现的 NPTL 实现而 言，pthread_t 类型的线程 ID，本质就是一个进程地址空间上的一个地址。

在线程栈中

创建线程，如何实现批量传参数据--vector+循环 创建

void *threadRoutine(void *args)//接收类指针
{
    threadData *td=static_cast<threadData *>(args);
    int i=0;
    while(i<10)
    {
        cout<<"pid: "<<getpid()<<" , ";
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
    vector<pthread_t> tids;
    for(int i=0;i<NUM;i++)
    {
        pthread_t tid;
        threadData *td=new threadData;
        pthread_create(&tid,nullptr,threadRoutine,td);
        tids.push_back(tid);

    }
}

注意：对于 threadData *td=new threadData;传入函数后要对 void * 强转

threadData *td=static_cast<threadData *>(args);

防止两个栈空间混乱

所以 要 传指针，指向的是堆空间，一线程一个

下面函数的初始化是如何实现的呢， InitThreadData 的设计

struct threadData
{
    string threadname;
};

// __thread threadData td;

string toHex(pthread_t tid)
{
    char buffer[128];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%x", tid);
    return buffer;
}

void InitThreadData(threadData *td, int number)
{
    td->threadname = "thread-" + to_string(number); // thread-0
}

snprintf 函数被用来将线程 ID (tid) 转换成一个十六进制字符串，并存储在 buffer 字符数组中

监测的打印：

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess |grep -x grep;sleep 1;done
//将ps ajx替换为ps -aL

所有的线程，执行的都是这个函数？是的

• 1. 但每个线程都有自己独立栈结构，打印测试

会每个线程的 test_i 有自己的地址空间，是独立的

多执行流--可重入函数，线程和线程几乎没有秘密，虽然有独立栈结构，要是想访问也是可以的

• 2. 线程的栈上数据，也是可以被其他线程看到并访问的

线程可以拿到某一线程数据，例如对主线程进行测试，发现访问到了

• 3. 全局变量可以被所有线程同时看到的，++测试：

 cout << "pid: " << getpid() << ", tid : "
        //     << toHex(number) << ", threadname: " << td->threadname
        //         << ", g_val: " << g_val << " ,&g_val: " << &g_val <<endl;

g_val 数据称为共享资源

如果我线程想要一个私有的全局变量呢？？

__thread(编译选项创建） int g_val 线程的局部存储，每个线程都对共享资源存储了一份

定义出线程级别的全局变量，并且互不干扰，进行线程的局部存储！只能定义内置类型，可以用于线程函数

---

2. 分离线程

• 默认情况下，新创建的线程是 joinable 的，线程退出后，需要对其进行 pthread_join 操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏。

• 如果不关心线程的返回值，join 是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源。 int pthread_detach(pthread_t thread);

可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离，也可以是线程自己分离: pthread_detach(pthread_self());

joinable 和分离是冲突的，一个线程不能既是pthread_join又是 pthread_detach的。

//测试发现矛盾
// void *threadRoutine(void *args)
// {
//     pthread_detach(pthread_self());//自己分家

int main(){
    vector<pthread_t> tids;
    // for(auto i : tids)
    // {
    //     pthread_detach(i);//被父亲驱逐分家
    // }
    // cout << "main thread get a thread local value, val: " << *p << ", &val: " << p << endl;

    for (int i = 0; i < tids.size(); i++)
    {
        int n = pthread_join(tids[i], nullptr);
        printf("n = %d, who = 0x%x, why: %s\n", n, tids[i], strerror(n));
    }

如何创建多个进程

  vector<pthread_t> tids;//循环创建
    for (int i = 0; i < NUM; i++)
    {
        pthread_t tid;
        threadData *td = new threadData;
        InitThreadData(td, i);

        pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, td);
        tids.push_back(tid);
        //sleep(1);
    }

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3.并发的问题

进程线程间的互斥相关背景概念

• 临界资源：多线程执行流共享的资源就叫做临界资源

• 临界区：每个线程内部，访问临界资源的代码，就叫做临界区

• 互斥：任何时刻，互斥保证有且只有一个执行流进入临界区，访问临界资源， 通常对临界资源起保护作用

• 原子性（后面讨论如何实现）：不会被任何调度机制打断的操作，该操作只有 两态，要么完成，要么未完成

互斥量 mutex

• 大部分情况，线程使用的数据都是局部变量，变量的地址空间在线程栈空间 内，这种情况，变量归属单个线程，其他线程无法获得这种变量。

• 但有时候，很多变量都需要在线程间共享，这样的变量称为共享变量，可以通 过数据的共享，完成线程之间的交互。

• 多个线程并发的操作共享变量，会带来一些问题。

模拟实现抢电影票

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM 4

class threadData
{
public:
    threadData(int number)
    {
        threadname = "thread-" + to_string(number);
    }

public:
    string threadname;
};

int tickets = 1000; // 用多线程，模拟一轮抢票

void *getTicket(void *args)
{
    threadData *td = static_cast<threadData *>(args);
    const char *name = td->threadname.c_str();
    while (true)
    {
        if(tickets > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("who=%s, get a ticket: %d\n", name, tickets); // ?
            tickets--;
        }//有票的时候才进行抢票
        else
            break;
    }
    printf("%s ... quit\n", name);
    return nullptr;
}

int main()
{
    vector<pthread_t> tids//存储多线程的id信息
    vector<threadData *> thread_datas;//传入的参数 类 数组
    for (int i = 1; i <= NUM; i++)
    {
        pthread_t tid;
        threadData *td = new threadData(i);//创建对象传入
        thread_datas.push_back(td);
        pthread_create(&tid, nullptr, getTicket, thread_datas[i - 1]);
        tids.push_back(tid);
    }
    //四个线程同时运行抢票

注意：

1. 对象数组的创建和传入，传入类 类型，因为类具有可扩展性

vector<threadData *> thread_datas;
threadData *td = new threadData(i);//创建对象传入
thread_datas.push_back(td);//对象存储到数组空间中
pthread_create(&tid, nullptr, getTicket, thread_datas[i - 1]);//传入

2. 对于两个vector 回收处理

    for (auto thread : tids)
    {
        pthread_join(thread, nullptr);
    }

    for (auto td : thread_datas)
    {
        delete td;
    }
    return 0;
}

运行发现，存在抢票抢超了，共享数据-->数据不一致问题！ 肯定和多线程并发访问是有关系的

首先需要来理解一下 tickets--   为什么不是一个原子操作?

• --操作并不是原子的，而是对应三条汇编指令，其中在执行任何一条指令时都有可能被切走

• • load：将共享变量tickets从内存加载到寄存器中
  • update：更新寄存器里面的值，执行-1操作
  • store：将新值，从寄存器写回共享变量ticket的内存地址

每一步都会对应一条汇编操作

tickets--=>1.mov[XXX]eax 2.-- 3.mov eax[XXX]

图解：

寄存器不等于寄存器的内容，线程在执行的时候，将共享数据，加载到 CPU 寄存器的本质：把数据的内容，变成了自己的上下文，同时自己拷贝了一份数据

拿走数据，拿走上下文，每次通过上下文轮番刷新

对一个全局变量进行多线程并发--/++是否是安全的？（并发情况下，对变量的操作）

不安全

出现负数原因分析 sum

 while (true)
    {
        if(tickets > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("who=%s, get a ticket: %d\n", name, tickets); // ?
            tickets--;
        }//有票的时候才进行抢票

• if语句判断条件为真以后(判断也需要CPU参与)，代码可以并发的切换到其他线程，"同一时刻"有多个线程判断tickets时tickets的值是相同的
• usleep用于模拟漫长业务的过程，在这个漫长的业务过程中，可能有很多个线程会进入该代码段
• tickets-- 操作本身就不是一个原子操作

每个进程都认为自己是 1，操作完第一步之后就被切走了，我在修改的时候你也修改了，例如：

假设我们有两个线程，它们都在尝试递减全局变量 tickets 的值。如果没有适当的同步机制，可能会发生以下情形：

1. 线程 A 和 线程 B 都检查 tickets 的值是否大于 0。
2. 线程 A 和 线程 B 都发现 tickets 的值大于 0，因此都会尝试递减 tickets 的值。
3. 线程 A 先递减 tickets 的值，例如从 1000 减到 999。
4. 线程 B 也递减 tickets 的值，但是由于它读取的是原始值 1000，所以也会将 tickets 的值从 1000 减到 999。
5. 最终结果：尽管两个线程都执行了递减操作，但 tickets 的值只减少了 1 而不是期望的 2。

这就是并发造成的

怎么解决？？

对共享数据的任何访问，保证任何时候只有一个执行流访问！---互斥，加锁，下篇文章中我们将详细讲解~