linux c 多线程编程

Linux C多线程编程是指在Linux操作系统下，使用C语言编写程序时，通过创建多个线程来实现并发执行任务的技术。多线程编程可以充分利用多核处理器的性能，提高程序的执行效率。

基础概念

线程：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
进程：进程是操作系统分配资源的基本单位，每个进程都有独立的内存空间。
并发：多个任务在同一时间段内交替执行，但不一定同时执行。
并行：多个任务在同一时刻同时执行。

类型

用户级线程：由应用程序管理，操作系统内核对它们不可见。
内核级线程：由操作系统内核管理，每个线程都有独立的内核栈。

应用场景

服务器应用：如Web服务器、数据库服务器等，需要同时处理多个客户端请求。
图形用户界面（GUI）程序：主线程负责用户交互，后台线程处理耗时任务。
实时系统：需要在严格的时间限制内完成任务。

示例代码

以下是一个简单的Linux C多线程编程示例：

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

void* print_hello(void* arg) {
    printf("Hello from thread %ld\n", (long)arg);
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    int rc;
    long t;

    for (t = 0; t < 5; t++) {
        printf("Main: creating thread %ld\n", t);
        rc = pthread_create(&threads[t], NULL, print_hello, (void*)t);
        if (rc) {
            printf("Error: unable to create thread %d\n", rc);
            exit(-1);
        }
    }

    for (t = 0; t < 5; t++) {
        pthread_join(threads[t], NULL);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

常见问题及解决方法

1. 线程同步问题

问题描述：多个线程访问共享资源时，可能会导致数据不一致或竞争条件。

解决方法：

使用互斥锁（pthread_mutex_t）来保护共享资源。
使用条件变量（pthread_cond_t）来实现线程间的通信。

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

int shared_data = 0;
pthread_mutex_t mutex;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data++;
    printf("Thread %ld: shared_data = %d\n", (long)arg, shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    for (long t = 0; t < 5; t++) {
        pthread_create(&threads[t], NULL, thread_func, (void*)t);
    }

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

2. 死锁问题

问题描述：两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。

解决方法：

确保加锁顺序一致。
使用超时机制，避免无限等待。

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

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread1_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    sleep(1); // 模拟耗时操作
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 1\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    sleep(1); // 模拟耗时操作
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 2\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;

    pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread2_func, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    return 0;
}