線程的概念與實現方式
線程是進程內部的一條執行序列或執行路徑，一個進程可以包含多條線程。
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從資源分配的角度來看，進程是操作系統進行資源分配的基本單位。
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從資源調度的角度來看，線程是資源調度的最小單位，是程序執行的最小單位
執行序列就是一組有序指令的集合——函數。
線程是進程內部的一條執行序列，一個進程至少有一條線程，稱之為主線程（main方法代表的執行序列），可以通過線程庫創建其他線程（給線程制定一個它要執行的函數），將創建的線程稱之為函數線程。
線程的實現方式
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內核級線程（由內核直接創建和管理線程，雖然創建開銷較大，但是可以利用多處理器的資源）
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用戶級線程（由線程庫創建和管理多個線程，線程的實現都是在用戶態，內核無法感知，創建開銷較小，無法使用多處理器的資源）
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混合級線程（結合以上兩種方式實現，可以利用多處理器的資源，從而在用戶空間中創建更多的線程，從而映射到內核空間的線程中，多對多，N：M（N>>M））
linux系統實現多線程的方式
Linux 實現線程的機制非常獨特。從內核的角度來說，它并沒有線程這個概念。
Linux 把所有的線程都當做進程來實現。內核并沒有為表征線程準備特別的調度算法或定義特別的數據結構。
相反，線程僅僅被視為一個與其他進程共享某些資源的進程。
每個線程都擁有唯 一隸屬于自己的task_struct，所以在內核中，它看起來就像是一個普通的進程（只是線程和 其他一些進程共享某些資源，如地址空間）
線程和進程的區別
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進程是資源分配最小單位，線程是程序執行的最小單位；
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線程間的切換效率相比進程間的切換要高
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進程有自己獨立的地址空間，每啟動一個進程，系統都會為其分配地址空間，建立數據表來維護代碼段、堆棧段和數據段，線程沒有獨立的地址空間，它使用相同的地址空間共享數據；
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創建一個線程比進程開銷小；
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線程占用的資源要?進程少很多。
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線程之間通信更方便，同一個進程下，線程共享全局變量，靜態變量等數據，進程之間的通信需要以通信的方式（IPC）進行；（但多線程程序處理好同步與互斥是個難點）
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多進程程序更安全，生命力更強，一個進程死掉不會對另一個進程造成影響（源于有獨立的地址空間），多線程程序更不易維護，一個線程死掉，整個進程就死掉了（因為共享地址空間）；
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進程對資源保護要求高，開銷大，效率相對較低，線程資源保護要求不高，但開銷小，效率高，可頻繁切換；
多線程開發的三個基本概念
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線程 【創建、退出、等待】
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互斥鎖【創建、銷毀、加鎖】、解鎖】
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條件【創建、銷毀、觸發、廣播、等待】
線程庫的使用
1.創建線程
#include<phread.h> int?pThread_create(pthread_t?*id?,?pthread_attr_t?*attr,?void(*fun)(void*),?void?*arg);</phread.h>
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id ：傳遞一個pthread_t類型的變量的地址，創建成功后，用來獲取新創建的線程的TID
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attr：指定線程的屬性 默認使用NULL
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fun：線程函數的地址
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arg：傳遞給線程函數的參數
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返回值，成功返回0，失敗返回錯誤碼
多線程代碼示例
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> //聲明一個線程函數 void?*fun(void?*); int?main() { printf("main?startn"); pthread_t?id; //創建函數線程，并且指定函數線程要執行的函數 int?res?=?pthread_create(&id,NULL,fun,NULL); assert(res?==?0); //之后并發運行 int?i?=?0; for(;?i?<p>gcc編譯代碼時報`undifined reference to xxxxx錯誤，都是因為程序中調用了一些方法，但是沒有連接該方法所在的文件，例如下面的情況：</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189468586.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p>連接庫文件編譯成功并執行，這一點在幫助手冊中也有提示：Compile and link with -pthread</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189431918.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p>比較兩次運行的結果發現前三條執行語句時一樣的</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189410716.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p><strong>結論</strong></p><ul class=" list-paddingleft-2"> <li><p>創建線程并執行線程函數，和調用函數是完全不同的概念。</p></li> <li><p>主線程和函數線程是并發執行的。</p></li> <li><p>線程提前于主線程結束時，不會影響主線程的運行</p></li> <li><p>主線程提前于線程結束時，整個進程都會結束，其他線程也會結束</p></li> <li><p>創建函數線程后，哪個線程先被執行是有操作系統的調度算法和機器環境決定。</p></li> </ul><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189413184.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p>函數線程在主線程結束后也隨之退出，原因：主線程結束時使用的是exit方法，這個方法結束的是進程。</p><p>然而修改代碼為：pthread_exit(NULL);此時主線程結束，函數線程會繼續執行直至完成。即便如此，我們還是不推薦大家手動結束主線程，我們更喜歡讓主線程等待一會。</p><p><strong>給線程函數傳參</strong></p><p>①值傳遞</p><p>將變量的值直接轉成void*類型進行傳遞</p><p>因為線程函數接受的是一個void*類型的指針，只要是指針，32位系統上都是4個字節，值傳遞就只能傳遞小于或等于4字節的值。</p><p><strong>代碼示例</strong></p><pre class="brush:cpp;">#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> void?*fun(void?*); int?main() { printf("main?startn"); int?a?=?10; pthread_t?id; int?res?=?pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)a); assert(res?==?0); int?i?=?0; for(;?i?<p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189537043.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p>②地址傳遞</p><p>將變量（所有類型）的地址強轉成void*類型進行傳遞，就和在普通函數調用傳遞變量的地址相似。</p><p>主線程和函數線程通過這個地址就可以<strong>共享</strong>地址所指向的空間。</p><p><strong>一個進程內的所有線程是共享這個進程的地址空間。</strong></p><p>多線程下進程的4G虛擬地址空間</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/465/014/168475189582591.png" alt="Linux線程的創建方式是什么"></p><p>一個進程內的所有線程對于全局數據，靜態數據，堆區空間都是共享的。</p><p>線程之間傳遞數據很簡單，但是隨之帶來的問題就是線程并發運行時無法保證線程安全。</p><p><strong>代碼示例</strong></p><pre class="brush:cpp;">#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> int?gdata?=?10;?//.data void?*fun(void?*); int?main() { int?*ptr?=?(int?*)malloc(4);//.heap ????*ptr?=?10; pthread_t?id; int?res?=?pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)ptr); assert(res?==?0); ????sleep(2);//等待兩秒，保證函數線程已經講數據修改 printf("main?:?gdata?==?%dn",gdata); ????printf("main?:?*ptr?=?%dn",*ptr); exit(0); } void?*fun(void?*arg) { int?*p?=?(int*)arg; ????gdata?=?20000; ????*p?=?20; printf("fun?overn"); }</pthread.h></unistd.h></string.h></assert.h></stdlib.h></stdio.h>
線程庫中的其他方法
線程退出的三種方式：
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線程從執行函數返回，返回值是線程的退出碼；
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線程被同一進程的其他線程取消；
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調用pthread_exit（）函數退出；
等待線程終止
int?pthread_join(pthread_t?thread,?void?**retval); args: ????pthread_t?thread:?被連接線程的線程號，該線程必須位于當前進程中，而且不得是分離線程 ????void?**retval?:該參數不為NULL時，指向某個位置?在該函數返回時，將該位置設置為已終止線程的退出狀態 ????return: ????線程連接的狀態，0是成功，非0是失敗
當A線程調用線程B并 pthread_join() 時，A線程會處于阻塞狀態，直到B線程結束后，A線程才會繼續執行下去。當 pthread_join() 函數返回后，被調用線程才算真正意義上的結束，它的內存空間也會被釋放（如果被調用線程是非分離的）。
這里有三點需要注意：
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系統僅釋放系統空間，你需要手動清除程序分配的空間，例如由 malloc() 分配的空間。
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2.一個線程只能被一個線程所連接。
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3.被連接的線程必須是非分離的，否則連接會出錯。所以可以看出pthread_join()有兩種作用：1-用于等待其他線程結束：當調用 pthread_join() 時，當前線程會處于阻塞狀態，直到被調用的線程結束后，當前線程才會重新開始執行。2-對線程的資源進行回收：如果一個線程是非分離的（默認情況下創建的線程都是非分離）并且沒有對該線程使用 pthread_join() 的話，該線程結束后并不會釋放其內存空間，這會導致該線程變成了“僵尸線程”。
等待指定的子線程結束
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等待thread（）指定的線程退出，線程未退出時，該方法阻塞
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result接收thread線程退出時，指定退出信息
int?pthread_join(pthread_t?id,void?**result)//調用這個方法的線程會阻塞，直到等待線程結束
代碼演示：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> int?main() { printf("main?startn"); pthread_t?id; int?res?=?pthread_create(&id,NULL,fun,NULL); assert(res?==?0); //之后并發運行 int?i?=?0; for(;?i?<p>此時，主線程完成五次輸出，就會等待子線程結束，阻塞等待，子線程結束后，最后，主線程打印join：s = fun over</p><p><strong>關于exit和join的一些詳細說明：</strong></p><ul class=" list-paddingleft-2"> <li><p>線程自己運行結束，或者調用pthread_exit結束，線程都會釋放自己獨有的空間資源；</p></li> <li><p>若線程是非分離的，線程會保留線程ID號，直到其他線程通過joining這個線程確認其已經死亡，join的結果是joining線程得到已終止線程的退出狀態，已終止線程將消失；</p></li> <li><p>若線程是分離的，不需要使用pthread_exit（），線程自己運行結束，線程結束就會自己釋放所有空間資源（包括線程ID號）；</p></li> <li><p>子線程最終一定要使用pthread_join（）或者設置為分離線程來結束線程，否則線程的資源不會被完全釋放（使用取消線程功能也不能完全釋放）；</p></li> <li><p>主線程運行pthrea_exit()，會結束主線程，但是不會結束子線程；</p></li> <li><p>主線程結束，則整個程序結束，所以主線程最好使用pthread_join函數等待子線程結束，使用該函數一個線程可以等待多個線程結束；</p></li> <li><p>使用pthread_join函數的線程將會阻塞，直到被join的函數線程結束，該函數返回，但是它對被等待終止的線程運行沒有影響；</p></li> <li><p>如果子線程使用exit()則可以結束整個進程；</p></li> </ul><h3>線程屬性</h3><p>線程具有的屬性可以在線程創建的時候指定；</p><p>——pthread_create()函數的第二個參數(pthread_attr_t *attr)表示線程的屬性，在以前的例子中將其值設為NULL,也就是采用默認屬性，線程的多項屬性都是可以修改的，這些屬性包括綁定屬性，分離屬性，堆棧屬性，堆棧大小，優先級。</p><p>系統默認的是非綁定，非分離，缺省1M的堆棧以及父子進程優先級相同</p><p>線程結構如下：</p><pre class="brush:cpp;">typedef?struct { ????int?????????????detachstate;?????//線程的分離狀態 ????int?????????????schedpolicy;????//線程調度策略 ????struct?sched_param??schedparam;?//線程的調度參數 ????int?????????????inheritsched;???//線程的繼承性 ????int?????????????scope;??????//線程的作用域 ????size_t??????????guardsize;??//線程棧末尾的警戒緩沖區大小 ????int?????????????stackaddr_set;?//線程的棧設置 ????void*???????????stackaddr;??//線程棧的位置 ????size_t??????????stacksize;??//線程棧的大小 }?pthread_attr_t;
每一個屬性都有對應的一些函數，用于對其進行查看和修改，下面分別介紹：
線程屬性初始化
初始化和去初始化分別對應于如下的兩個函數：
#include?<pthread.h> ①int?pthread_attr_init(pthread_attr_t?*attr); ②it?pthread_attr_destroy(pthread_attr_t?*attr);</pthread.h>
①功能：
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初始化線程屬性函數，注意：應先初始化線程屬性，再pthread_create創建線程
參數：
-
attr：線程屬性結構體
返回值：
-
成功：0
-
失敗：-1
②功能：
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銷毀線程屬性所占用的資源函數
參數：
-
attr：線程屬性結構體
返回值：
-
成功：0
-
失敗：-1
線程分離
線程的分離狀態決定一個線程以什么樣的方式來終止自己，這個在之前我們也說過了。
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默認狀態下，線程是非分離狀態，意味著原有的線程會等待所創建的線程結束。只有在pthread_join()函數返回后，才能釋放創建的線程占用的系統資源，也才能視作該線程終止。
-
若線程運行結束且無其他線程阻塞等待，則該線程處于分離狀態，此時系統資源將立即被釋放。應該根據自己的需要，選擇適當的分離狀態。
相關API如下：
#include?<pthread.h> int?pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t?*attr,?int?detachstate);</pthread.h>
功能：設置線程分離狀態
參數：
-
attr：已初始化的線程屬性
-
detachstate： 分離狀態
PTHREAD_CREATE_DETACHED（分離線程）PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分離線程）
返回值：
-
成功：0
-
失敗：非0
int?pthread_attr_getdetachstate(const?pthread_attr_t?*attr,?int?*detachstate);
功能：獲取線程分離狀態
參數：
-
attr：已初始化的線程屬性detachstate： 分離狀態
PTHREAD_CREATE_DETACHED（分離線程）
PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分離線程）
返回值：
-
成功：0
-
失敗：非0
注意：
當一個線程被設置為分離線程時，假設此時該線程的執行速度非常快，它很可能在pthread_create返回之前就終止； 終止之后將線程號和系統資源移交給其他線程使用，這樣調用create就得到了錯誤的線程號，因此就必須采取一些同步措施，可以在被創建的線程里調用pthread_cond_timedwait函數，讓這個線程等待一會兒，留出足夠的時間讓函數pthread_create返回，設置一段等待時間，是在多線程編程里常用的方法。要避免使用像wait()這樣的函數，因為它們會讓整個進程進入睡眠狀態，而無法解決線程同步問題。
