一、線程概念在Linux內(nèi)核中沒有獨立的“線程”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線程的本質(zhì)是“共享資源的輕量級進(jìn)程(LightweightProcess簡稱LWP)”線程的狀態(tài)在Linux系統(tǒng)中線程作為內(nèi)核調(diào)度的基本單元(輕量級進(jìn)程)會因資源占用、執(zhí)行階段不同呈現(xiàn)多種狀態(tài)運行狀態(tài)(R)也稱之為可運行狀態(tài)就是處于運行狀態(tài)的線程正在CPU執(zhí)行或等待CPU調(diào)度可中斷睡眠狀態(tài)(S)線程在等待某個事件(如等待I/O操作、等待特定信號等)完成可被信號喚醒不可以中斷睡眠狀態(tài)(D)線程正在等待關(guān)鍵硬件操作完成不能被信號中斷確保數(shù)據(jù)完整性停止?fàn)顟B(tài)(T)線程被暫停執(zhí)行通常是收到了特定的信號(如SIGSTOP(暫停線程))或者在調(diào)試程序時被調(diào)試器暫停可被信號恢復(fù)執(zhí)行(如SIGCONT)僵尸狀態(tài)(Z)線程已終止相關(guān)資源未被回收等待所屬進(jìn)程(或其他負(fù)責(zé)線程資源回收的機制)進(jìn)行回收死亡態(tài)(X)線程徹底終止資源全部釋放是一個瞬間狀態(tài)幾乎無法觀測到線程編譯編碼時需包含頭文件#include pthread.h聲明庫中函數(shù)接口編譯時需顯式鏈接線程庫gcc 源碼.c -o 可執(zhí)行文件-lpthread否則會報 “未定義引用” 錯誤添加-lpthread 選項的原因使用的線程庫在大多數(shù)系統(tǒng)中不是默認(rèn)鏈接的標(biāo)準(zhǔn)庫而是作為一個獨立的共享庫存在編譯器無法找到該線程庫-lpthread選項是告訴編譯器去查找鏈接pthread線程庫確保代碼中使用線程相關(guān)函數(shù)可以找到實際代碼。在vscode中配置-lpthread在左側(cè)菜單欄擴(kuò)展中打開 SSH 已安裝軟件找到 Code Runner打開 Code Runner 設(shè)置找到 Code-runner: Executor Map點擊 “在settings.json中編輯” 打開 settings.json 文件找到C語言編譯命令在 “gcc $fileName -o $fileNameWithoutExt” 后面加上 “-lpthread”如果運行程序出現(xiàn)下面情況則需要修改tasks.json里的 gcc 命令在后面添加-pthread參數(shù)再次運行進(jìn)程與線程的核心區(qū)別注意主線程與子線程執(zhí)行沒有先后順序CPU進(jìn)行時間片輪轉(zhuǎn)誰先搶到時間片誰先執(zhí)行一個進(jìn)程中的多線程共享進(jìn)程的內(nèi)存空間所以主線程與子線程訪問全局變量打印的地址相同但訪問局部變量打印出的地址不同針對局部變量每個線程都有自己的棧區(qū)//測試主線程與子線程的執(zhí)行順序 /* 主線程與子線程執(zhí)行沒有先后順序CPU進(jìn)行時間片輪轉(zhuǎn)誰先搶到時間片誰先執(zhí)行 */ //測試主線程與子線程是否共享同一塊內(nèi)存空間 /* 一個進(jìn)程中的多線程共享進(jìn)程的內(nèi)存空間所以主線程與子線程訪問全局變量打印的地址相同 但訪問局部變量打印出的地址不同針對局部變量每個線程都有自己的棧區(qū) */ #include stdio.h #include pthread.h #include string.h #include unistd.h #include stdlib.h int num100; //線程入口函數(shù) //void*返回值可以返回任意類型的指針 void* pthread_start(void *arg){ while(1){ printf(子進(jìn)程,全局變量num%d,num%p\n,num,num); sleep(1); } return NULL;//此處返回是沒有實際意義但是不能丟 } int main(int argc,const char *argv[]){ pthread_t tid 0; int ret0; if(0 ! (ret pthread_create(tid,NULL,pthread_start,NULL))){ fprintf(stderr,線程創(chuàng)建失敗,錯誤碼%d,錯誤信息%s\n,ret,strerror(ret)); } printf(線程創(chuàng)建成功線程id%ld\n,tid); while(1){ printf(主進(jìn)程,全局變量num%d,num%p\n,num,num); sleep(1); } return 0; }二、多線程相關(guān)函數(shù)一線程創(chuàng)建與終止函數(shù)pthread_create函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);在調(diào)用進(jìn)程中創(chuàng)建一個新的線程子線程參數(shù)thread用于存儲新創(chuàng)建線程的唯一標(biāo)識符(線程ID)attr用于指定新線程的屬性若是NULL則使用系統(tǒng)默認(rèn)屬性start_routine指向線程的入口函數(shù)函數(shù)指針void *(*start_routine) (void *)arg用于給線程入口函數(shù)傳遞參數(shù)若無需參數(shù)可設(shè)為NULL返回值成功則返回0新線程ID會寫入thread指向的變量中失敗則返回非0錯誤碼不能使用perror打印錯誤信息perror使用的是系統(tǒng)中存在的錯誤碼因為線程庫函數(shù)返回的是POSIX錯誤碼所以可以使用strerror打印錯誤信息使用進(jìn)行格式化輸出錯誤信息如 fprintf 。#include stdio.h #include pthread.h #include string.h #include unistd.h #include stdlib.h //線程入口函數(shù) //void*返回值可以返回任意類型的指針 void* pthread_start(void *arg){ printf(線程入口函數(shù)\n); #if 0 //接收傳遞參數(shù)--棧區(qū) int *val(int *)arg; printf(接收傳遞過來的參數(shù)%d\n,*val); #else //接收傳遞參數(shù)--堆區(qū) int *val(int *)arg; printf(接收傳遞過來的參數(shù)%d\n,*val); //釋放堆區(qū)空間 free(val); #endif return NULL;//此處返回是沒有實際意義但是不能丟 } int main(int argc,const char *argv[]){ pthread_t thread_id 0; int ret0; #if 0 //棧區(qū)給入口函數(shù)傳遞參數(shù) /* 如果主線程在子線程之前結(jié)束那么value變量就會被銷毀 所以當(dāng)子線程訪問此變量就會出現(xiàn)訪問的是一個無效地址 針對棧區(qū)給入口函數(shù)傳遞參數(shù)是不安全的此時考慮使用堆區(qū)進(jìn)行傳遞參數(shù) */ int val100; if(0 ! (ret pthread_create(thread_id,NULL,pthread_start,(void *)(val)))){ fprintf(stderr,線程創(chuàng)建失敗,錯誤碼%d,錯誤信息%s\n,ret,strerror(ret)); } printf(線程創(chuàng)建成功thread_id%ld\n,thread_id); #else //使用堆區(qū)給入口函數(shù)傳遞參數(shù) /* 需要手動管理如果忘記釋放可能造成內(nèi)存泄漏 */ int *val(int *)malloc(sizeof(int)); if(val NULL){ printf(堆區(qū)開辟空間失敗\n); return -1; }printf(堆區(qū)開辟空間成功\n); *val123; if(0 ! (ret pthread_create(thread_id,NULL,pthread_start,(void *)val))){ fprintf(stderr,線程創(chuàng)建失敗,錯誤碼%d,錯誤信息%s\n,ret,strerror(ret)); } printf(線程創(chuàng)建成功thread_id%ld\n,thread_id); #endif sleep(3); return 0; }pthread_exit函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型void pthread_exit(void *retval);結(jié)束當(dāng)前線程不影響其他線程運行無返回值參數(shù)retval用來給回收資源的線程傳遞線程的退出狀態(tài)值若不想返回退出狀態(tài)值可以傳NULLpthread_exit(NULL); //子線程已終止在此之后的代碼不再執(zhí)行二線程標(biāo)識函數(shù)pthread_self函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型pthread_t pthread_self(void);獲取調(diào)用線程的線程ID用戶空間線程庫分配的id可以通過命令ps -L查看線程 id (LWP 字段)內(nèi)核給該線程分配的id與pthread_self獲取的線程 id 不一樣返回值總是成功返回調(diào)用線程的線程IDprintf(主進(jìn)程主線程id%ld\n,pthread_self());三線程回收函數(shù)pthread_join函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_join(pthread_t thread,void **retval);阻塞等待指定的結(jié)合態(tài)的線程結(jié)束為其回收資源。例如 pthread_join(tid,NULL);結(jié)合態(tài)線程線程結(jié)束沒有為其回收資源的線程需要由其他線程調(diào)用 pthread_join() 函數(shù)回收結(jié)合態(tài)線程的資源參數(shù)thread存儲要回收資源的線程IDretval用來接收線程退出的狀態(tài)值不關(guān)心傳NULL即可返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。資源回收管理模式線程創(chuàng)建后默認(rèn)處于結(jié)合態(tài)若未顯示設(shè)置為分離態(tài)其終止后資源不會立即釋放必須由其他線程(通常是主線程)通過pthread_join( )主動回收否則會造成資源泄露問題。pthread_attr_init函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);將一個線程屬性對象初始化為默認(rèn)值參數(shù)attr需要被初始化的線程屬性對象返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼pthread_attr_setdetachstate函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);設(shè)置線程屬性對象的分離狀態(tài)參數(shù)attr設(shè)置分離狀態(tài)的線程屬性對象detachstate用于指定線程的分離狀態(tài)PTHREAD_CREATE_JOINABLE表示將線程設(shè)置為結(jié)合態(tài)PTHREAD_CREATE_DETACHED表示將線程設(shè)置為分離態(tài)返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。pthread_attr_destroy函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);銷毀一個已初始化的線程屬性對象參數(shù)attr指定需要被銷毀的線程屬性對象返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。四線程控制函數(shù)pthread_detach函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_detach(pthread_t thread);標(biāo)記一個線程為分離態(tài)系統(tǒng)會自動回收器資源參數(shù)thread線程id返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。pthread_cancel函數(shù)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_cancel(pthread_t thread);請求取消指定的線程(調(diào)用成功只能說明請求取消操作完成不能說明線程會立刻終止)目標(biāo)線程對取消請求的處理取決于取消狀態(tài)和取消類型(函數(shù))參數(shù)thread要取消的線程ID返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。pthread_setcancelstate函數(shù)取消狀態(tài)所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate); 設(shè)置調(diào)用線程的可取消狀態(tài)PTHREAD_CANCEL_ENABLE可被取消(默認(rèn))PTHREAD_CANCEL_DISABLE不可被取消參數(shù)state新的可取消狀態(tài)oldstate舊的可取消狀態(tài)返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。pthread_setcanceltype函數(shù)取消類型所需頭文件#include pthread.h原型int pthread_setcanceltype(int type,int *oldtype); 設(shè)置調(diào)用線程的可取消類型PTHREAD_CANCEL_DEFERRED延時取消(默認(rèn))直到下一次調(diào)用能作為取消點的函數(shù)時才被取消PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS可被立即取消參數(shù)type要設(shè)置的新的可取消類型值oldtype存儲舊的可取消類型值返回值成功則返回0失敗則返回非0錯誤碼。//請求取消指定線程 /* 請求取消指定線程取決于現(xiàn)成的取消狀態(tài)和取消類型 取消狀態(tài)可取消狀態(tài)(默認(rèn))與不可取消狀態(tài) 取消類型延時取消(默認(rèn))標(biāo)記打上繼續(xù)運行直到遇到取消點。 和可被立即取消(異步取消)只要再次被調(diào)度隨時被殺不需要等待任何取消點。 */ #include stdio.h #include pthread.h #include string.h #include unistd.h #include stdlib.h //void*返回值可以返回任意類型的指針 void* thread1(void *arg){//線程入口函數(shù) //設(shè)置線程1的取消狀態(tài)與取消類型 pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL); pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED,NULL); while(1){ //結(jié)果不會每隔一秒打印因為線程1收到請求取消后線程1會在取消點進(jìn)行取消 /* 1. 線程 1printf(線程1正在運行\(zhòng)n); → 打印輸出然后進(jìn)入sleep(1)進(jìn)入內(nèi)核休眠 2. 就在線程 1sleep 休眠的這段時間主線程執(zhí)行pthread_cancel(tid1)給線程 1 打上【待取消標(biāo)記】 3. 等待 sleep 的 1 秒計時結(jié)束線程準(zhǔn)備從 sleep 內(nèi)核調(diào)用返回用戶態(tài)。 sleep 本身就是取消點在 sleep 系統(tǒng)調(diào)用返回這一刻檢測到取消標(biāo)記直接終止線程不會回到循環(huán)、不會再次執(zhí)行 printf */ printf(線程1正在運行\(zhòng)n); sleep(1); } return NULL; } void* thread2(void *arg){//線程入口函數(shù) //設(shè)置線程2的取消狀態(tài)與取消類型 pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL); pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,NULL); while(1){ //因為線程2收到請求取消后會立即取消不再打印 /* 1. 線程 2 高速循環(huán)不停執(zhí)行printf瘋狂輸出線程2正在運行。 2. 主線程執(zhí)行pthread_cancel(tid2)內(nèi)核給線程 2 打上待取消標(biāo)記pthread_cancel返回成功打印請求取消線程2成功。 3. 接下來看 CPU 調(diào)度主線程發(fā)送完 cancel 請求后CPU 切回線程 2。 線程 2 剛被調(diào)度上 CPU在執(zhí)行下一條機器指令前內(nèi)核檢測到取消標(biāo)記直接終止線程。→ 來不及進(jìn)入 printf 執(zhí)行打印。 請求取消線程2成功這行輸出之后幾乎再也看不到線程 2 打印。 */ printf(線程2正在運行\(zhòng)n); // sleep(1); //注釋掉不會再打印 } return NULL; } void* thread3(void *arg){//線程入口函數(shù) //設(shè)置線程3的取消狀態(tài)與取消類型---直接忽略取消標(biāo)記 pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL); while(1){ printf(線程3正在運行\(zhòng)n); sleep(1); } return NULL; } int main(int argc,const char *argv[]){ //1.可取消狀態(tài)延時取消 pthread_t tid1 0; int ret10; if(0 ! (ret1 pthread_create(tid1,NULL,thread1,NULL))){ fprintf(stderr,線程1創(chuàng)建失敗,錯誤信息%s\n,strerror(ret1)); return -1; } printf(線程1創(chuàng)建成功線程1id%ld\n,tid1); //2.可取消狀態(tài)可被立即取消 pthread_t tid2 0; int ret20; if(0 ! (ret2 pthread_create(tid2,NULL,thread2,NULL))){ fprintf(stderr,線程2創(chuàng)建失敗,錯誤信息%s\n,strerror(ret2)); return -1; } printf(線程2創(chuàng)建成功線程2id%ld\n,tid2); //3.不可取消狀態(tài) pthread_t tid3 0; int ret30; if(0 ! (ret3 pthread_create(tid3,NULL,thread3,NULL))){ fprintf(stderr,線程3創(chuàng)建失敗,錯誤信息%s\n,strerror(ret3)); return -1; } printf(線程3創(chuàng)建成功線程3id%ld\n,tid3); //請求取消指定線程1--調(diào)用成功只能說明取消成功不能說明立即取消 int ret_cancel 0; if(0 ! (ret_cancel pthread_cancel(tid1))){ fprintf(stderr,請求取消線程1失敗%s\n,strerror(ret_cancel)); return -1; } printf(請求取消線程1成功\n); //請求取消線程2 int ret_cancel2 0; if(0 ! (ret_cancel2 pthread_cancel(tid2))){ fprintf(stderr,請求取消線程2失敗%s\n,strerror(ret_cancel2)); return -1; } printf(請求取消線程2成功\n); //請求取消線程3 int ret_cancel3 0; if(0 ! (ret_cancel3 pthread_cancel(tid3))){ fprintf(stderr,請求取消線程3失敗%s\n,strerror(ret_cancel3)); return -1; } printf(請求取消線程3成功\n); //阻塞等待線程退出join結(jié)合態(tài)線程 pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); pthread_join(tid3,NULL); return 0; }