APUE学习笔记——线程和线程同步

1 概念

线程是程序执行流的最小单元。线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。

线程包含了表示进程执行环境必须的信息，包括线程ID，一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字和errno变量以及线程私有数据。

采用多线程的好处：

• 通过为每种事件类型的处理分配不同的线程，能够简化处理异步事件的代码。
• 多个进程必须采用复杂的方式才能实现内存和文件描述符的共享，而线程可以访问相同的存储空间和文件描述符。
• 通过分解成多个线程可以增加程序的吞吐量。
• 交互的程序依赖于多线程实现响应时间的改善。

1.1 线程标识

每个线程有个线程ID，线程ID只在它所属的进程里有效，用pthread_t数据类型来表示。

#include <pthread.h>

/*进程ID不能直接比较*/
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t pid2);
/*若相等返回非0值，不等返回0*/

pthread_t pthread_self(void);
/*返回自己的线程ID*/

2 线程创建

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg);
/*成功返回0，否则返回错误编号*/

当pthread_create成功返回时，由tidp所指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。

attr参数用于定制线程的不同属性。

新创建的线程从start_rtn处开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg。

注意：新线程和主线程的执行先后顺序是不确定的。

3 线程终止

如果进程中的任意一个线程调用了exit、_Exit或_exit，那么整个进程就会终止。当信号的默认动作是终止进程，把该信号发送到线程也会终止整个进程。

单个线程可以以下三种方式退出：

• 线程从启动例程中返回。
• 线程被同一进程中其他线程取消。
• 线程调用pthread_exit

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *rval_ptr);//rvta_ptr为线程终止返回值

/*访问其他线程终止的返回值，等待*/
int pthread_join(pthread_t tid, void **rval_ptr);

/*请求取消同一进程中的其他线程，不等待*/
int pthread_cancel(pthread_t tid);

线程可以安排它退出时需要调用的函数

#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);//清理函数为rtn，参数为arg
void pthread_cleanup_pop(int execute);//如果execute为0，则清理函数将不被调用

线程执行以下动作时调用清理函数

• 调用pthread_exit时
• 相应pthread_cancel请求时
• 用非0参数调用pthread_cleanup_pop时

现在可以看出线程函数和进程函数之间的相似之处：

默认情况下，线程的终止状态会保留到对该线程调用pthread_join，如果线程已经处于分离状态，线程的底层资源可以在线程终止时立刻被收回。

/*调用pthread_detach函数使线程处于分离状态*/
#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t tid);//成功返回0，失败返回错误编号

当线程被分离时，不能使用pthread_join函数等待它的终止状态。

4 线程同步　　

当多个线程共享相同的内存单元时，就容易出现每个线程看到的数据不一致的问题。当多个线程都要修改某个变量时，就需要对它们进行同步，以确保它们在任意的时刻都不会访问到无效的数值。

为了解决这个问题，线程不得不使用锁，同一时间只允许一个线程访问这个变量。

4.1 互斥量 

 互斥量（mutex）本质上是一把锁，在访问共享资源前对互斥量进行加锁，在访问后释放互斥量上的锁。对互斥量加锁之后，如果其他线程试图访问将被阻塞直到当前进程释放该互斥锁。

 互斥变量用pthread_mutex_t数据类型来表示。使用之前必须先进行初始化，可以把它设置为常量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。如果动态地分配互斥量（例如malloc），那么在释放内存前需要调用pthread_mutex_destory。

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restric mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
/*attr为属性参数，设置attr为NULL则默认参数*/

int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);//加锁成功返回0，失败返回EBUSY

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

/*若成功返回0，否则返回错误编号*/

如果互斥量已经上锁，线程调用pthread_mutex_lock将阻塞直到互斥量被解锁。如果不希望被阻塞，则调用pthread_mutex_trylock

4.2 避免死锁

 如果线程试图对同一个互斥量加锁两次，就会进入死锁状态。两个线程试图互相锁住对方拥有的互斥量，也会陷入死锁状态。

 可以小心控制互斥量加锁的顺序来防止死锁发生。也可以先释放占有的锁，过一段时间再试。

4.3 读写锁 

APUE学习笔记——线程和线程同步

原文：http://www.cnblogs.com/alwayswangzi/p/6491087.html