关键词：

线程知识精简

• 概念
• • 定义
  • 线程私有属性
  • 进程和线程区别
• 函数
• • 创建线程
  • 退出线程
  • 回收线程
  • 获取线程ID
  • 线程分离
  • 案例
• 线程同步
• • 概念
  • 同步机制
  • 特性
  • 函数
• 线程互斥
• • 概念
  • 函数
  • 死锁
  • 条件变量（和互斥锁搭配使用实现同步）
  • • 步骤
    • 函数

概念

线程（英语：thread）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。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程（lightweight processes），但轻量进程更多指内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。
线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程，如Win32线程；由用户进程自行调度的用户线程，如Linux平台的POSIX Thread；或者由内核与用户进程，如Windows 7的线程，进行混合调度。
同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源，如虚拟地址空间，文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈（call stack），自己的寄存器环境（register context），自己的线程本地存储（thread-local storage）。
一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。
在多核或多CPU，或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见，即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上，使用多线程技术，也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行，编写专门的workhorse线程执行密集计算，从而提高了程序的执行效率。

定义

线程 是轻量级的进程，为了提高系统的性能引入线程
Linux里同样用task_struct来描述一个线程。
线程和进程都参与统一的调度。
在同一个进程中创建的线程共享该进程的地址空间。

线程私有属性

线程ID (TID)
PC(程序计数器)和相关寄存器
堆栈
局部变量
返回地址

错误号 (errno)
信号掩码和优先级
执行状态和属性

进程和线程区别

共性
都为操作系统提供了并发执行能力
不同点
调度和资源
线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位
地址空间方面：同一个进程创建的多个线程共享进程的资源；进程的地址空间相互独立
通信
线程通信相对简单，只需要通过全局变量可以实现，但是需要考虑临界资源访问的问题；进程通信比较复杂，需要借助进程间的通信机制(借助3g-4g内核空间)
安全性
线程安全性差一些，当进程结束时会导致所有线程退出；进程相对安全

函数

创建线程

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, 
                    void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：创建线程
参数：thread：线程标识
     attr：线程属性， NULL：代表设置默认属性
     start_routine：函数名：代表线程函数
     arg：用来给前面函数传参
返回值：成功：0
       失败：错误码

注意：编译代码时链接线程库，gcc xx.c -lpthread

退出线程

int  pthread_exit(void *value_ptr) 
功能：用于退出线程的执行
参数：value_ptr：线程退出时返回的值
返回值：成功 ： 0
        失败：errno

回收线程

int  pthread_join(pthread_t thread,  void **value_ptr) 
功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数
参数：thread：创建的线程对象
        value_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数
返回值：成功 ： 0
       失败：errno

获取线程ID

pthread_t  pthread_self(void) 
功能：获取当前线程的ID
返回值：获取的线程ID

线程分离

int pthread_detach(pthread_t thead) 
功能：让线程分离，线程结束时自动回收线程资源
参数：thead：线程ID

案例

/*通过线程实现通信；主线程循环从终端输入数据，子线程循环将数据输出，当输入“quit”时，程序结束。输入一次输出一次*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void *handler(void *a)

    printf("输出：");
    printf("%s\\n", ((char *)a));
    //printf("%lu\\n", pthread_self());

int main(int argc, char const *argv[])

    char a[32] = "";
    pthread_t tid;
    while (1)
    
        scanf("%s", a);
        getchar();
        if (strcmp(a, "quit") == 0)
            break;
        if (pthread_create(&tid, NULL, handler, a) != 0)
        
            perror("hahahahahaha");
            return -1;
        
        pthread_detach(tid);
    

    printf("退出成功！\\n");
    // printf("var:%d\\n", a);
    // printf("%lu\\n", tid);
    pthread_detach(tid);//將线程分离，当线程结束时系统自动回收线程资源
    pthread_join(tid, NULL);
    return 0;

线程同步

概念

同步(synchronization)指的是多个任务(线程)按照约定的顺序相互配合完成一件事情

同步机制

通过信号量实现线程间同步。
信号量：由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待，信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量
信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问：初始化、Ｐ操作(申请资源)、Ｖ操作(释放资源)
信号量的值为非负整数

特性

P操作
当信号量的值大于0时，可以申请到资源，申请资源后信号量的值减1
当信号量的值等于0时，申请不到资源，函数阻塞
V操作
不阻塞，执行到释放操作，信号量的值加1

函数

int  sem_init(sem_t *sem,  int pshared,  unsigned int value)  
功能：初始化信号量   
参数：sem：初始化的信号量对象
    pshared：信号量共享的范围(0: 线程间使用   非0:1进程间使用)
    value：信号量初值
返回值：成功 0
      失败 -1

int  sem_wait(sem_t *sem)  
功能：申请资源  P操作 
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
      失败 -1
注：此函数执行过程，当信号量的值大于0时，表示有资源可以用，则继续执行，同时对信号量减1；当信号量的值等于0时，表示没有资源可以使用，函数阻塞

int  sem_post(sem_t *sem)   
功能：释放资源  V操作      
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
      失败 -1
注：释放一次信号量的值加1，函数不阻塞

线程互斥

概念

临界资源：一次仅允许一个进程/线程所使用的资源
临界区：指的是一个访问共享资源的程序片段
互斥：多个线程在访问临界资源时，同一时间只能一个线程访问
互斥锁：通过互斥锁可以实现互斥机制，主要用来保护临界资源，每个临界资源都由一个互斥锁来保护，线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得锁为止。

函数

int  pthread_mutex_init(pthread_mutex_t  *mutex, pthread_mutexattr_t *attr)  
功能：初始化互斥锁  
参数：mutex：互斥锁
    attr:  互斥锁属性  //  NULL表示缺省属性
返回值：成功 0
      失败 -1

int  pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)   
功能：申请互斥锁     
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
      失败 -1
注：和pthread_mutex_trylock区别：pthread_mutex_lock是阻塞的；pthread_mutex_trylock不阻塞，如果申请不到锁会立刻返回

int  pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)   
功能：释放互斥锁     
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
      失败 -1

int  pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t  *mutex)  
功能：销毁互斥锁     
参数：mutex：互斥锁

死锁

死锁
是指两个或两个以上的进程/线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去
死锁产生的四个必要条件
1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

注意：当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

条件变量（和互斥锁搭配使用实现同步）

步骤

1.条件变量的初始化：定义条件变量
2.等待条件变量产生: 阻塞等待条件产生
如果有条件变量产生结束阻塞，同时上锁；
如果没有条件变量产生函数阻塞，同时解锁
3.产生条件变量:
非阻塞函数，一定要pthread_cond_wait先执行，用于唤醒pthread_cond_wait的阻塞

函数

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
功能：初始化条件变量
参数：cond：是一个指向结构pthread_cond_t的指针
    restrict attr：是一个指向结构pthread_condattr_t的指针，一般设为NULL
返回值：成功：0 失败：非0

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,    pthread_mutex_t *restrict mutex);
功能：等待信号的产生
参数：restrict cond：要等待的条件
     restrict mutex：对应的锁
返回值：成功：0，失败：不为0
注：当没有条件产生时函数会阻塞，同时会将锁解开；如果等待到条件产生，函数会结束阻塞同时进行上锁。

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
功能：给条件变量发送信号
参数：cond：条件变量值
返回值：成功：0，失败：非0
注：必须等待pthread_cond_wait函数先执行，再产生条件才可以

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
功能：将条件变量销毁
参数：cond：条件变量值
返回值：成功：0， 失败：非0

pthread_cond_signal函数和pthread_cond_broadcast区别
pthread_cond_broadcast函数相当于是广播，会将所有等待此条件的线程唤醒；pthread_cond_signal只能唤醒单个等待此条件的线程

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