Linux C 编程——多线程

线程是计算机中独立运行的最小单位,运行时占用很少的系统资源。与多进程相比,多进程具有多进程不具备的一些优点,其最重要的是:对于多线程来说,其能够比多进程更加节省资源。

1、线程创建

在Linux中,新建的线程并不是在原先的进程中,而是系统通过一个系统调用clone()。该系统copy了一个和原先进程完全一样的进程,并在这个进程中执行线程函数。

在Linux中,通过函数pthread_create()函数实现线程的创建:

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

其中:

  • thread表示的是一个pthread_t类型的指针;
  • attr用于指定线程的一些属性;
  • start_routine表示的是一个函数指针,该函数是线程调用函数;
  • arg表示的是传递给线程调用函数的参数。

当线程创建成功时,函数pthread_create()返回0,若返回值不为0则表示创建线程失败。对于线程的属性,则在结构体pthread_attr_t中定义。

线程创建的过程如下所示:

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

void* thread(void *id){
        pthread_t newthid;

        newthid = pthread_self();
        printf("this is a new thread, thread ID is %u\n", newthid);
        return NULL;
}

int main(){
        int num_thread = 5;
        pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);

        printf("main thread, ID is %u\n", pthread_self());
        for (int i = 0; i < num_thread; i++){
                if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, NULL) != 0){
                        printf("thread create failed!\n");
                        return 1;
                }
        }
        sleep(2);
        free(pt);
        return 0;
}

在上述代码中,使用到了pthread_self()函数,该函数的作用是获取本线程的线程ID。在主函数中的sleep()用于将主进程处于等待状态,以让线程执行完成。最终的执行效果如下所示:

那么,如何利用arg向子线程传递参数呢?其具体的实现如下所示:

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

void* thread(void *id){
        pthread_t newthid;

        newthid = pthread_self();
        int num = *(int *)id;
        printf("this is a new thread, thread ID is %u,id:%d\n", newthid, num);
        return NULL;
}

int main(){
        //pthread_t thid;
        int num_thread = 5;
        pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);
        int * id = (int *)malloc(sizeof(int) * num_thread);

        printf("main thread, ID is %u\n", pthread_self());
        for (int i = 0; i < num_thread; i++){
                id[i] = i;
                if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, &id[i]) != 0){
                        printf("thread create failed!\n");
                        return 1;
                }
        }
        sleep(2);
        free(pt);
        free(id);
        return 0;
}

其最终的执行效果如下图所示:

如果在主进程提前结束,会出现什么情况呢?如下述的代码:

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

void* thread(void *id){
        pthread_t newthid;

        newthid = pthread_self();
        int num = *(int *)id;
        printf("this is a new thread, thread ID is %u,id:%d\n", newthid, num);
        sleep(2);
        printf("thread %u is done!\n", newthid);
        return NULL;
}

int main(){
        //pthread_t thid;
        int num_thread = 5;
        pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);
        int * id = (int *)malloc(sizeof(int) * num_thread);

        printf("main thread, ID is %u\n", pthread_self());
        for (int i = 0; i < num_thread; i++){
                id[i] = i;
                if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, &id[i]) != 0){
                        printf("thread create failed!\n");
                        return 1;
                }
        }
        //sleep(2);
        free(pt);
        free(id);
        return 0;
}

此时,主进程提前结束,进程会将资源回收,此时,线程都将退出执行,运行结果如下所示:

2、线程挂起

在上述的实现过程中,为了使得主线程能够等待每一个子线程执行完成后再退出,使用了free()函数,在Linux的多线程中,也可以使用pthread_join()函数用于等待其他线程,函数的具体形式为:

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

函数pthread_join()用来等待一个线程的结束,其调用这将被挂起。

一个线程仅允许一个线程使用pthread_join()等待它的终止。

如需要在主线程中等待每一个子线程的结束,如下述代码所示:

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

void* thread(void *id){
        pthread_t newthid;

        newthid = pthread_self();
        int num = *(int *)id;
        printf("this is a new thread, thread ID is %u,id:%d\n", newthid, num);
        free(3);
        printf("thread %u is done\n", newthid);
        return NULL;
}

int main(){
        int num_thread = 5;
        pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);
        int * id = (int *)malloc(sizeof(int) * num_thread);

        printf("main thread, ID is %u\n", pthread_self());
        for (int i = 0; i < num_thread; i++){
                id[i] = i;
                if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, &id[i]) != 0){
                        printf("thread create failed!\n");
                        return 1;
                }
        }
        for (int i = 0; i < num_thread; i++){
                pthread_join(pt[i], NULL);
        }
        free(pt);
        free(id);
        return 0;
}

最终的执行效果如下所示:

注:在编译的时候需要链接libpthread.a: g++ xx.cc -lpthread -o xx

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