线程相关知识

一、线程的基本概念

• 定义：线程是轻量级的进程，可实现多任务的并发。
• 核心定位：进程是操作系统资源分配的最小单位。线程是操作系统任务调度的最小单位。

二、线程的创建

• 创建主体：线程由某个进程创建。
• 资源分配：进程创建线程时，会为其分配独立的8M栈区空间。线程和所在进程及进程中的其他线程，共用进程的堆区、数据区、文本区。

三、线程的调度

• 线程调度呈现“宏观并行，微观串行”的特点，由操作系统负责调度。

四、线程的消亡

• 线程退出：在_thread任务函数中使用return结束线程。调用pthread_exit(NULL)退出线程。
• 回收线程资源空间：主要通过pthread_join(tid, NULL)实现。

五、进程和线程的区别

六、线程的相关编程

• 线程创建：
  • 函数：pthread_create()，成功返回0，失败返回非0。
  • 参数包括保存线程ID的变量地址、线程属性对象地址（NULL为默认属性）、线程任务函数指针、传递给任务函数的参数。
  • pthread_self()可获取当前线程的ID号。

• 线程退出：
  • pthread_exit(void *retval)，retval为向回收线程传递参数的地址，NULL表示不传递参数。

• 线程回收：
  • 函数：pthread_join(pthread_t thread, void **retval)，功能是阻塞等待回收线程资源空间，成功返回0，失败返回-1。
  • 参数thread为要回收的线程ID，retval用于保存线程退出时传递的参数，NULL表示不接收。

• 线程回收策略：
  • 分离属性的线程：不需要回收，由操作系统回收（适用于无空闲线程帮忙回收时）。
  • 非分离属性的线程：通过pthread_join()阻塞回收。
• 线程属性：
  • 分离属性：不需要被其他线程回收，会被操作系统回收，可通过pthread_detach(pthread_t thread)设置。
  • 非分离属性：可被其他线程回收或结束，为默认属性。

七、线程间通信与互斥机制

• 线程间通信：可通过全局变量等线程共享区域进行通信。
• 线程间互斥机制：
  • 临界资源：多个线程可同时访问的资源，如全局变量、共享内存区域等，访问时存在资源竞争问题。
  • 解决资源竞争的方法：采用互斥机制，即多个线程访问临界资源时具有排他性，一次只允许一个线程访问，通过互斥锁实现。
  • 互斥锁实现步骤：
    • 创建互斥锁：pthread_mutex_t。
    • 初始化互斥锁：pthread_mutex_init()，参数包括锁对象地址和锁的属性（NULL为默认属性），成功返回0，失败返回-1。
    • 加锁：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)。
    • 解锁：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)。
    • 销毁锁：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)。

代码训练：

线程创建

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
 
//次线程
void *task(void *arg)
{
	printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
}
 
 
int main(int argc, const char *argv[])
{
	//主进程、主线程
	pthread_t tid;
 
	int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);
	if (ret !=0)
	{
		printf("pthread_create error\n");
		return -1;
	}
	
	while (1)
	{}
 
	return 0;
}

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

//次线程
void *task(void *arg)
{
	int i = 0;
	while (1)
	{
		if (++i == 10)
		{
			char str[] = {"thread over!"};
		//	return "hello";
			pthread_exit(NULL); // return NULL;
		}
		printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
		sleep(1);
	}

	printf("hello world\n");
	return NULL;
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	//主进程、主线程
	pthread_t tid;

	int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);
	if (ret !=0)
	{
		printf("pthread_create error\n");
		return -1;
	}

	//void *retval;
	pthread_join(tid, NULL);
	//printf("retval -> %s\n", (char *)retval);

	return 0;
}

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


int num_g = 100;

void *task1(void *arg)
{
	num_g = 1000;
	while (1)
	{
		printf("th1 -> num = %d\n", num_g);
		sleep(1);
	}
}

void *task2(void *arg)
{
	while (1)
	{
		printf("th2 -> num = %d\n", num_g);
		sleep(1);
	}
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
	pthread_t tid[2];

	pthread_create(&tid[0], NULL, task1, NULL);
	pthread_create(&tid[1], NULL, task2, NULL);

	pthread_join(tid[0], NULL);
	pthread_join(tid[1], NULL);

	return 0;
}

detach.c

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

//次线程
void *task(void *arg)
{
//	printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	//主进程、主线程
	pthread_t tid;
	int i = 0;	
	while (1)
	{
		int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);
		if (ret !=0)
		{
			printf("pthread_create error\n");
			return -1;
		}
		pthread_detach(tid);
		i++;
		printf("i = %d\n", i);
	}

	return 0;
}

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


int num_g = 0;
pthread_mutex_t mutex;

void *task1(void *arg)
{
	for (int i = 0; i < 100000; i++)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		num_g = num_g+1;
		printf("num_g = %d\n", num_g);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
	}
}

void *task2(void *arg)
{
	for (int i = 0; i < 100000; i++)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		num_g = num_g+1;
		printf("num_g = %d\n", num_g);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
	}

}

int main(int argc, const char *argv[])
{
	pthread_t tid[2];

	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

	pthread_create(&tid[0], NULL, task1, NULL);
	pthread_create(&tid[1], NULL, task2, NULL);

	pthread_join(tid[0], NULL);
	pthread_join(tid[1], NULL);

	pthread_mutex_destroy(&mutex);

	return 0;
}

补充：

函数指针：
1. 定义：
    返回值类型 （*指针名称)(形参表）;
    void *（*pfun)(void *);

2. 函数指针初始化
    返回值类型 （*指针名称)(形参表）=函数的入口地址;

    void *（*pfun)(void *) = main_ctl;

3. 函数指针赋值：
    函数指针名称=函数的入口地址；
    void *（*pfun)(void *) = NULL；
    pfun = main_ctl；

4. 函数指针怎么使用
     函数名(实参表)；
     函数指针（实参表）；

5. 函数指针的数组:保存多个函数指针
     
    返回值类型 （*数组名称[n])(形参表）;
    void *（*pfun[5])(void *);