目录

1. 线程与进程 线程的概念深入理解进程和线程2. 多线程 什么是多线程多线程模型的好处3. 线程标识4. 线程创建 函数原型参数说明使用示例-打印线程ID5. 线程终止6. 线程等待 函数原型参数说明使用示例-获得线程返回值7. 线程分离 pthread_detach以分离状态创建线程8. 线程取消 pthread_cancel线程取消属性取消点自定义取消点使用线程取消的风险线程清理程序

1. 线程与进程

线程的概念

线程是进程内相对独立的一个执行流，是进程内的一个执行单元，是操作系统中一个可调度的实体。

深入理解进程和线程

在现代操作系统中，资源分配的基本单位是进程，而CPU调度执行的基本单位是线程进程不是调度单元，线程是进程使用CPU资源的基本单位进程有独立的地址空间，进程中可以存在多个线程共享进程资源线程不能脱离进程单独存在，只能依附于进程运行线程可以在不影响进程的情况下终止，但反之则不然

2. 多线程

什么是多线程

多线程，是指从软件或硬件层面上实现多个线程并发执行的技术。

从软件层面看，一个进程中可以有多个线程，该程序也可以称之为多线程程序；从硬件层面看，多核处理器能够支持在同一时间执行多个线程。

实际上，对于单核处理器，即使软件编写为多线程模型，同一时间也只能执行一个线程，但这并不代表此时多线程就没有意义，因为处理器的数量不会影响程序结构，那么多线程编程模型在程序结构上到底有哪些好处呢？

多线程模型的好处

通过为每种事件类型分配单独的处理线程，可以简化异步事件处理代码可以直接共享进程的数据资源将复杂问题分解为相互独立的任务，可以交叉进行，提高程序吞吐量通过把处理用户输入输出的部分和其他部分分开，可以改善交互式程序响应时间

3. 线程标识

线程ID（Thread ID）是线程的唯一标识线程ID只有在它所属的进程上下文中才有意义线程ID类型为pthread_t，可能实现为unsigned long或结构体，依系统而定线程可以调用pthread_self获得自身线程ID可移植的程序应该调用pthread_equal来比较两个线程的ID #include <pthread.h> pthread_t pthread_self(); //返回调用线程的线程ID int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2); //相等返回非0数值，否则返回0

4. 线程创建

函数原型

任意线程可以通过调用pthread_create创建新线程，start_routine为新线程的启动例程，创建成功后，新线程和调用线程谁先运行是不确定的。

//成功返回0，失败返回错误编号 int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

参数说明

pthread_create成功返回后，tid指向内存即为新线程IDattr用于定制线程属性，若使用默认属性则传NULLstart_routine是线程启动例程arg是start_routine的参数，若参数不止一个，就把这些参数放到一个结构中，再把该结构的地址作为arg传入

使用示例-打印线程ID

#include <pthread.h> #include <stdio.h> pthread_t tid; void printf_tid(const char *s) { pid_t pid = getpid(); pthread_t tid = pthread_self(); printf("%s pid = %d, tid = %lu(0x%lx)\n", s, pid, tid, tid); } void *pthread_start(void *arg) { printf_tid("new thread: "); //新线程用pthread_self()获取自身ID，是因为新线程执行时pthread_create()可能还未返回，tid还未初始化完成 } int main() { pthread_create(&tid, NULL, pthread_start, NULL); sleep(1); //调用线程休眠1S，让新线程先执行 printf_tid("main thread: "); return 0; }

注意：使用pthread的代码在编译时需要指定链接-lpthread

5. 线程终止

在不影响整个进程的情况下，单个线程有三种终止方式：

在线程启动例程中调用return返回在线程启动例程中调用pthread_exit退出被进程中的其他线程取消 void pthread_exit(void *value_ptr);

value_ptr是一个无类型指针，进程中的其他线程可以调用pthread_join访问到这个指针。

6. 线程等待

函数原型

int pthread_join(pthread_t tid, void **value_ptr); //成功返回0，失败返回错误编号

调用线程将一直阻塞，直到等待的线程以上述三种方式终止。

参数说明

tid表示等待的线程IDvalue_ptr用于保存线程的退出状态如果线程以return或pthread_exit方式终止，value_ptr指向内存就被设置为return或pthread_exit的参数如果线程被取消，value_ptr指向内存就被设置为PTHREAD_CANCELED如果不关心线程的返回值，就给value_ptr传NULL

使用示例-获得线程返回值

#include <pthread.h> #include <stdio.h> void *thread1_start(void *arg) { int ret = 0; return ((void *)ret); } void *thread2_start(void *arg) { char *ret = "thread 2 exit"; pthread_exit(ret); } int main() { pthread_t tid1; pthread_t tid2; void *ret; pthread_create(&tid1, NULL, thread1_start, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread2_start, NULL); pthread_join(tid1, &ret); printf("thread 1: %d\n", (int)ret); pthread_join(tid2, &ret); printf("thread 2: %s\n", (char *)ret); return 0; }

7. 线程分离

在默认情况下，线程的终止状态会一直保存到对该线程调用pthread_join；但是，如果线程已经被分离，其占用的系统资源会在线程终止时被立即回收。 有两种方式可以使线程分离：

调用pthread_detach，该函数不会使调用线程阻塞修改线程属性结构pthread_attr_t，以分离状态创建线程

在线程被分离后，就不能再用pthread_join等待它的终止状态了，因为对分离状态的线程调用pthread_join会产生未定义行为。

pthread_detach

int pthread_detach(pthread_t tid); //成功返回0，失败返回错误编号 #include <pthread.h> #include <stdio.h> void *thread_start(void *arg) { sleep(2); printf("new thread exit\n"); pthread_exit(NULL); } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, thread_start, NULL); pthread_detach(tid); printf("main thread: pthread_detach() return\n"); sleep(5); return 0; }

以分离状态创建线程

/*4个函数的返回值：成功返回0，失败返回错误编号*/ int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate); int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

可以调用pthread_attr_setdetachstate来设置线程的可分离状态：

detachstate = PTHREAD_CREATE_DETACHED，以分离状态启动线程detachstate = PTHREAD_CREATE_JOINABLE，以正常状态启动线程 #include <pthread.h> #include <stdio.h> void *thread_start(void *arg) { sleep(2); printf("new thread exit\n"); pthread_exit(NULL); } int main() { pthread_t tid; pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); pthread_create(&tid, &attr, thread_start, NULL); pthread_attr_destroy(&attr); printf("main thread: pthread_attr_destroy() return\n"); sleep(5); return 0; }

8. 线程取消

pthread_cancel

在编写多线程代码时，经常面临线程安全退出问题，一般情况下，最好使用将标志位置位的方式； 在其他线程中将标志位置位，然后调用pthread_join等待线程退出，回收线程占用的资源。

void *thread_start(void *arg) { while (!quit) { //...... } } int main() { quit = 1; pthread_join(tid, NULL); }

但是在某些应用中，线程可能正阻塞于某个函数（如pthread_cond_wait）无法被唤醒，即使设置了标志位也无法结束。 此时可以在其他线程中调用pthread_cancel请求取消线程，然后立即调用pthread_join等待线程退出。

int pthread_cancel(pthread_t tid); //成功返回0，失败返回错误编号

tid为要取消的线程ID，需要注意的是，pthread_cancel并不等待线程终止，它仅仅是发出请求。

#include <pthread.h> #include <stdio.h> void *thread1_start(void *arg) { sleep(10); pthread_exit(NULL); } void *thread2_start(void *arg) { sleep(10); pthread_exit(NULL); } int main() { pthread_t tid1; pthread_t tid2; pthread_create(&tid1, NULL, thread1_start, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread2_start, NULL); sleep(1); pthread_cancel(tid1); pthread_join(tid1, NULL); printf("thread 1 exit\n"); sleep(1); pthread_cancel(tid2); pthread_join(tid2, NULL); printf("thread 2 exit\n"); return 0; }

线程取消属性

线程取消有两个属性，分别是可取消状态和可取消类型，这两个属性不在pthread_attr_t结构中，但它们影响着线程在响应取消请求时的行为。

/* * 可取消状态：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（允许取消，默认属性），PTHREAD_CANCEL_DISABLE（不允许取消，但取消请求不会丢失，而是一直处于挂起状态） * 可取消类型：PTHREAD_CANCEL_DEFERRED（延迟取消，到达取消点才取消，默认属性），PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS（异步取消，可在任意时刻取消） */ int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate); //将线程可取消状态设为state，原有可取消状态通过oldstate返回，这两步是原子操作 int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype); //将线程可取消类型设为type，原有可取消类型通过oldtype返回

取消点

默认情况下，线程的可取消类型为延迟取消，也就是说：被取消的线程在取消请求发出后还是继续运行，直到到达某个取消点。 取消点是线程检查它是否被取消的一个位置，根据《UNIX环境高级编程 第3版》P362-P363描述，POSIX.1定义的取消点和可选取消点如下。

自定义取消点

如果线程在很长一段时间内都不会调用前面两张图中的取消点函数，那么可以调用pthread_testcancel在线程中添加自己的取消点。调用pthread_testcancel时，如果有某个取消请求处于挂起状态，且可取消状态为ENABLE，那么线程就会被取消。

void pthread_testcancel();

使用线程取消的风险

当线程响应取消请求而终止时，主要面临的两大风险：

线程里面的锁可能没有unlock，有可能导致死锁线程申请的资源（如堆内存）没有释放

下面是一段由pthread_cancel引起的死锁范例代码。

#include <pthread.h> #include <stdio.h> static pthread_cond_t cond; static pthread_mutex_t mutex; void *thread0(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("thread 0 lock sucess\n"); pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //主线程发出取消请求时，thread1阻塞于slepp(2)，thread0阻塞于此取消点，导致thread0未解锁mutex就终止 printf("thread 0 pthread_cond_wait return\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(0); } void *thread1(void *arg) { sleep(2); printf("thread 1 start lock\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); //thread0终止约1S后，thread1执行到此，由于mutex已加锁，也没有其他地方能够对其解锁，从而导致死锁 printf("thread 1 lock sucess\n"); pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(0); } int main() { pthread_t tid[2]; pthread_cond_init(&cond, NULL); pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_create(&tid[0], NULL, thread0, NULL); pthread_create(&tid[1], NULL, thread1, NULL); sleep(1); pthread_cancel(tid[0]); printf("main thread request cancel thread 0\n"); pthread_join(tid[0], NULL); pthread_join(tid[1], NULL); pthread_cond_destroy(&cond); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }

线程清理程序

可以使用线程清理程序来解决线程取消的风险问题。线程可以安排它退出时需要调用的函数，这样的函数称为线程清理程序。 一个线程可以注册多个清理程序，处理程序记录在栈中，也就是说，它们的执行顺序和注册顺序是相反的。

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg); void pthread_cleanup_pop(int execute);

当线程执行以下动作时，清理程序是由pthread_cleanup_push函数调度的，调用时只有一个参数arg：

调用pthread_exit结束线程响应pthread_cancel取消请求用非零execute参数调用pthread_cleanup_pop

注意：如果线程以return方式终止，线程清理程序不会被调用。

不管发生上述哪种情况，pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push登记的线程清理程序。 这两个函数有一个限制，由于它们经常实现为宏，所以必须在与线程启动例程相同的作用域中以配对的方式使用，否则，可能会产生编译错误。

回到线程取消的风险问题上来，我们只需要在线程清理程序中解锁和释放资源，并在线程启动例程的第一步就注册清理程序， 这样，当线程因响应取消请求而终止时，线程清理程序就会得以执行。

#include <pthread.h> #include <stdio.h> static pthread_cond_t cond; static pthread_mutex_t mutex; void cleanup(void *arg) { pthread_mutex_unlock(&mutex); printf("mutex unlock in cleanup\n"); } void *thread0(void *arg) { pthread_cleanup_push(cleanup, NULL); //注册线程清理程序进行解锁 pthread_mutex_lock(&mutex); printf("thread 0 lock sucess\n"); pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //主线程发出取消请求时，thread1阻塞于slepp(2)，thread0阻塞于此取消点 printf("thread 0 pthread_cond_wait return\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_cleanup_pop(0); pthread_exit(0); } void *thread1(void *arg) { sleep(2); printf("thread 1 start lock\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); //thread0终止约1S后，thread1执行到此 printf("thread 1 lock sucess\n"); pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(0); } int main() { pthread_t tid[2]; pthread_cond_init(&cond, NULL); pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_create(&tid[0], NULL, thread0, NULL); pthread_create(&tid[1], NULL, thread1, NULL); sleep(1); pthread_cancel(tid[0]); printf("main thread request cancel thread 0\n"); pthread_join(tid[0], NULL); pthread_join(tid[1], NULL); pthread_cond_destroy(&cond); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }

最后，引用一篇由pthread_cancel引起死锁的博客https://blog.csdn.net/xsckernel/article/details/48052425，提取核心内容如下：

“通常的说法：某某函数是Cancellation Points，这种方法是容易令人混淆的。因为函数的执行是一个时间过程，而不是一个时间点。其实真正的Cancellation Points只是在这些函数中Cancellation Type被修改为PHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS和修改回PTHREAD_CANCEL_DEFERRED中间的一段时间。”

分类: Linux应用编程 标签: Linux, 线程 好文要顶 关注我 收藏该文 原野追逐 关注 - 1 粉丝 - 2 +加关注 0 0 « 上一篇： 信号 » 下一篇： 线程安全与可重入函数 posted @ 2019-09-13 16:15  原野追逐 阅读( 97) 评论( 0) 编辑 收藏 刷新评论 刷新页面 返回顶部 发表评论

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