多线程入门 - 技术栈

1 创建线程

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>
pthread_create (myThread, attr, start_routine, arg)

在这里，pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：

|---------------|---------------------------------------------------------------------------|
| 参数 | 描述 |
| myThread | 指向线程标识符指针 |
| attr | 一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。一般不需要关注，直接用NULL即可。 |
| start_routine | 线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。函数内部就是子线程要运行的内容。 |
| arg | 运行函数的参数。必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。一般不需要关注，直接用NULL即可。 |

2 终止线程

终止线程可采用return NUL自动退出，也可以采用pthread_exit（NULL）强制退出。

3 示例

3.1 示例代码

该代码先执行main函数，然后创建了一个子线程thread_func，此时就存在两个线程，一个主线程，一个子线程。主线程运行一个计算（for循环i）；子线程运行一个计算（for循环j）。最后主线程计算结束，子线程计算结束，子线程退出，主线程退出。整个程序结束。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void *thread_func(void *arg)
{
    while (1)
    {
        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            printf("sub:%d\n", j);
            usleep(10);
        }
        if(true/*线程不在使用了，可以退出*/){
            break;
        }else{
            //子线程后面还要使用
            usleep(10*1000);
            continue;//进入下个循环
        }
    }

    printf("sub thread return\n");
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        printf("main:%d\n", i);
        usleep(10);
    }
    pthread_join(tid, NULL);
    printf("main thread: all threads exit.\n");
    return 0;
}

3.2 编译

编译脚本为gcc Demo1.cpp -o Demo1 -lpthread。会生成名字为Demo的可执行程序。

Demo1.cpp中有使用线程技术，需要链接pthread库，即在编译脚本中添加-lpthread。

3.3 运行

./Demo1就是运行。运行逻辑示意图如下。

（1）主线程逻辑图：

（2）子线程逻辑图：

（3）CPU内核使用情况

总结：如果只有一个主线程，则只能使用一个主线程内核，所以对于耗时较大的任务，使用多线程可以提高性能。

3.4 结果分析

可以看到结果，主线程main计算和子线程sub计算同时运行，节省了时间。

下面我们打印时间，进行对比。

（1）代码示例：

（2）编译运行结果

由此可见，使用一个子线程和一个主线程来进行2个计算，耗时较短，这是因为两个子线程分别持有一个CPU内核，并行进行计算。缩短了总共时间。

另外创建线程也会耗时，如果计算耗时小于创建线程的耗时，则2个线程总共耗时不会优于一个线程，即总共耗时：创建线程耗时+计算1耗时+计算2耗时....。

3.5 源代码

3.3中统计时间的源代码。

Demo1.cpp

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
struct timeval time1, time2;

void *thread_func(void *arg)
{
    // 执行一些操作...
    int totalSub = 0;
    for (int j = 0; j < 80; j++)
    {
        int jk = ((j << 2) * 8) >> 2;
        int jl = ((j << 4) * 8) >> 4;
        totalSub = totalSub + jk + jl; // 计算1
        usleep(10 * 1000);
    }
    printf("sub total:%d\n", totalSub);
    printf("sub thread return\n");
    return NULL;
}

int main()
{
    double elapsed_time = 0.0;
    gettimeofday(&time1, NULL);

    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    int totalmain = 0;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        int ik = ((i << 2) * 8) >> 2;
        int il = ((i << 4) * 8) >> 4;
        totalmain = totalmain + il; // 计算2
        usleep(10 * 1000);
    }
    printf("main total:%d\n", totalmain);
    pthread_join(tid, NULL);
    gettimeofday(&time2, NULL);
    elapsed_time = (time2.tv_sec - time1.tv_sec) * 1000 + (time2.tv_usec - time1.tv_usec) / 1000;
    printf("Elapsed time: %lf(ms)\n", elapsed_time);
    printf("main thread: all threads exit.\n");
    return 0;
}

Demo2.cpp

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
struct timeval time1, time2;
int main()
{
    double elapsed_time = 0.0;
    gettimeofday(&time1, NULL);

    int totalSub = 0;
    int totalmain = 0;
    for (int j = 0; j < 80; j++)
    {
        int jk = ((j << 2) * 8) >> 2;
        int jl = ((j << 4) * 8) >> 4;
        totalSub = totalSub + jk + jl; // 计算1
        usleep(10*1000);
    }
    printf("main total:%d\n", totalSub);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        int ik = ((i << 2) * 8) >> 2;
        int il = ((i << 4) * 8) >> 4;
        totalmain = totalmain + il; // 计算2
        usleep(10*1000);
    }
    printf("sub total:%d\n", totalSub);
    gettimeofday(&time2, NULL);
    elapsed_time = (time2.tv_sec - time1.tv_sec) * 1000 + (time2.tv_usec - time1.tv_usec)/1000;
    printf("Elapsed time: %lf(ms)\n", elapsed_time);
    return 0;
}