Linux--线程的控制

momo小菜pa2024-07-09 23:30

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0.前言

1.pthread库

2.关于控制线程的接口

2.1.创建线程（pthread_create）

2.2.线程等待（pthread_join）

代码示例1：

​编辑

***一些问题***

[2. 3.创建多线程](#2. 3.创建多线程)

[3.线程的终止 （pthread_exit / pthread_cancel）](#3.线程的终止 （pthread_exit / pthread_cancel）)

总结：

[4.线程分离 （pthread_detach）](#4.线程分离 （pthread_detach）)

新线程分离主线程

[5.C++ 11中的多线程](#5.C++ 11中的多线程)

0.前言

线程的创建，终止，等待，分离

1.pthread库

Linux中有线程吗？没有，只有轻量级进程--（就是线程）。因此Linux下的系统调用只会给用户提供创建轻量级进程的接口，这些接口需要被pthread库进行封装，按照线程的接口提供给用户，用户通过这些接口来创建，终止，等待，分离线程。所以我们称Linux的线程为用户级线程，windows的线程为内核级线程。

2.关于控制线程的接口

2.1.创建线程（pthread_create）

引入接口：pthread_create，用于创建一个新线程

参数说明

  • pthread_t *thread：这是一个指向 pthread_t 类型的指针，用于存储新创建的线程的标识符。通过这个标识符，你可以引用或操作这个线程。
  • const pthread_attr_t *attr：这是一个指向 pthread_attr_t 类型的指针，用于设置线程的属性，如堆栈大小、调度策略等。如果传递 NULL，则使用默认属性。
  • void *(*start_routine) (void *)：这是新线程将要执行的函数的指针。该函数必须接受一个 void * 类型的参数并返回一个 void * 类型的值。这个函数的参数 arg 将被传递给新线程。（输入一个函数的地址）
  • void *arg：这是传递给 start_routine 函数的参数。

如果成功，pthread_create 返回 0；如果失败，则返回错误码。

2.2.线程等待（pthread_join）

引入接口：pthread_join

参数说明

  • pthread_t thread：这是要等待的线程的标识符（ID），该标识符是由 pthread_create 函数返回的。
  • void **retval：这是一个指向 void * 指针的指针，用于接收被等待线程的返回值。如果被等待的线程调用了 pthread_exit 并传递了一个返回值，或者简单地返回了一个值（对于从 void* 返回类型的线程函数），那么这个值就可以通过这个参数返回给等待的线程。如果对这个返回值不感兴趣，可以传递 NULL。

如果成功，pthread_join 返回 0；如果失败，则返回错误码。

代码示例1：

线程的创建和等待：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadrun(void *args)
{
    int cnt =10;
    while(cnt)
    {
        std::cout<<"new thread run ...,cnt: "<<cnt--<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int n = pthread_create(&tid,nullptr,threadrun,(void*)"thread 1");
    
    std::cout<<"main thread join begin..."<<std::endl;
    n= pthread_join(tid,nullptr);

    if(n==0)
    {
        std::cout<<"main thread wait success"<<std::endl;
    }
    return 0;
}

***一些问题***

问题1：mian和new线程谁先运行？不确定

问题2：我们期望谁最后退出？main thread，如何来保证呢？

join来保证，不join呢？会造成类似僵尸进程的问题

问题3：tid是什么样子的？

代码：以16进制的形式打印出来

cpp 复制代码 
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}
    std::string tid_str = PrintToHex(tid); // 我们按照16进行打印出来
    std::cout << "tid : " << tid_str << std::endl;

这个线程id是一个虚拟地址，后面再谈

问题4：全面看待线程函数传参，它可以传任意类型，当然也可以传类对象的地址,这意味着我们可以给线程传递多个参数，多种方法了

cpp 复制代码 
class ThreadData
{
public:
    std::string name;
    int num;
};
void *threadrun(void *args)
{
    //静态强转 
    ThreadData *td = static_cast<ThreadData*>(args);
    int cnt =10;
    while(cnt)
    {
        std::cout << td->name << " run ..." <<"num is: "<<td->num<< ", cnt: " << cnt-- << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
    ThreadData *td=new ThreadData();
    td->name ="thread-1";
    td->num = 1;
    int n = pthread_create(&tid,nullptr,threadrun,(void*)&td);
}

传类对象的时候最好是在堆上开辟，这样多个线程之间就不会互相干扰。

**问题5：**pthread_create第三个参数的返回值，该返回值是void*类型的，如果主线程想要获取线程的返回值，可以通过join函数获取（在线程没出错的情况下是能获取到的，如果某一个线程出错，主线程也是会跟着崩掉，因为线程出错误，是直接给整个进程发信号的，导致整个进程都挂掉了）

代码示例：返回一个类对象

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>


class ThreadData
{
public:
    int Excute()
    {
        return x + y;
    }
public:
    std::string name;
    int x;
    int y;
    // other
};

class ThreadResult
{
public:
    std::string print()
    {
        return std::to_string(x) + "+" + std::to_string(y) + "=" + std::to_string(result);
    }
public:
    int x;
    int y;
    int result;
};
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}
void *threadRun(void *args)
{
    ThreadData *td = static_cast<ThreadData*>(args); // (ThreadData*)args
    ThreadResult *result = new ThreadResult();
    int cnt = 10;
    while(cnt)
    {
        sleep(3); 
        std::cout << td->name << " run ..." << ", cnt: " << cnt-- << std::endl;
        result->result = td->Excute();
        result->x = td->x;
        result->y = td->y;
        break;//跑一次退出
    }
    delete td;
    return (void*)result;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    ThreadData *td=new ThreadData();
    td->name="thread-1";
    td->x=10;
    td->y=20;
    int n = pthread_create(&tid, nullptr, threadRun, td);
   
    std::string tid_str = PrintToHex(tid); // 我们按照16进行打印出来
    std::cout << "tid : " << tid_str << std::endl;
  
    std::cout<<"main thread join begin..."<<std::endl;
    
    ThreadResult *result = nullptr; // 开辟了空间的！！！
    n = pthread_join(tid, (void**)&result); 
    if(n == 0)
    {
        std::cout << "main thread wait success, new thread exit code: " << result->print() << std::endl;
    }
    sleep(10);
    return 0;
}

**2.**3.创建多线程

下面是一段示例：

**初步：创建线程id和线程name，**保存所有线程的id信息，最后主线程回收每个线程

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

const int num = 10;
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}

void *threadrun(void *args)
{
    std::string name = static_cast<const char*>(args);
    while(true)
    {
        std::cout << name << " is running" << std::endl;
        sleep(1);
        break;
    }
    return args;
}
int main()
{
    std::vector<pthread_t> tids;
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        // 1. 有线程的id
        pthread_t tid;
        // 2. 线程的名字
        char *name = new char[128];
        snprintf(name, 128, "thread-%d", i+1);
        pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, /*线程的名字*/name);
        //3.保存所有线程id
        tids.push_back(tid);
    }
    
    for(auto tid:tids)
    {
        void*name=nullptr;
        pthread_join(tid,&name);
        std::cout<<(const char*)name<<"quit..."<<std::endl;
        delete (const char*)name;
    }

}
​

我们用vector储存线程id集

3.线程的终止 （pthread_exit / pthread_cancel）

对于新线程来说，线程终止，函数return；main函数结束，主线程结束，表示整个进程结束！

关于exit：专门用来终止进程的，不能用来终止线程！任意一个线程调用exit都表示进程终止！如果你想让一个线程马上终止，这里就要用到第三个接口：pthread_exit

参数：

  • retval：这是一个指向任意数据的指针，该数据将被线程的终止状态所使用，并且可以被其他线程通过调用 pthread_join 来访问。

当然你还可以使用接口：pthread_cancel取消一个线程

参数：

  • thread：要发送取消请求的线程标识符（pthread_t 类型）。

代码示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

const int num = 10;
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}

void *threadrun(void *args)
{
    std::string name = static_cast<const char*>(args);
    while(true)
    {
        std::cout << name << " is running" << std::endl;
        sleep(1);
        break;
    }
    //return args;
    pthread_exit(args);
}
int main()
{
    std::vector<pthread_t> tids;
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        // 1. 有线程的id
        pthread_t tid;
        // 2. 线程的名字
        char *name = new char[128];
        snprintf(name, 128, "thread-%d", i+1);
        pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, /*线程的名字*/name);
        //3.保存所有线程id
        tids.push_back(tid);
    }
    
    for(auto tid:tids)
    {
        void*name=nullptr;
        pthread_join(tid,&name);
        std::cout<<(const char*)name<<"quit..."<<std::endl;
        delete (const char*)name;
    }
    sleep(100);
}

在主线程未退出的情况下，其它线程成功退出了。

线程取消，退出结果为-1； #define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

const int num = 10;
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}

void *threadrun(void *args)
{
    std::string name = static_cast<const char*>(args);
    while(true)
    {
        std::cout << name << " is running" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    std::vector<pthread_t> tids;
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        // 1. 有线程的id
        pthread_t tid;
        // 2. 线程的名字
        char *name = new char[128];
        snprintf(name, 128, "thread-%d", i+1);
        pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, /*线程的名字*/name);
        //3.保存所有线程id
        tids.push_back(tid);
    }
    
    sleep(5);
    for(auto tid : tids)
    {
        pthread_cancel(tid); // 取消
         std::cout << "cancel: " << PrintToHex(tid) << std::endl;
        void *result = nullptr; // 线程被取消线程的退出结果是：-1 #define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)
        pthread_join(tid, &result);
        std::cout << (long long int)result << " quit..." << std::endl;

    }
    sleep(100);
}

总结：

新线程如何终止？

1. 线程函数 return

2. pthread_exit

3. main thread call pthread_cancel, 新线程退出结果是-1

4.线程分离 （pthread_detach）

线程分离的是将线程与创建它的进程（或主线程）的终止状态分离。**当一个线程被分离后，它依然属于进程内部，但它不再需要被其他线程显式地等待（通过 pthread_join）来释放其资源。**当分离的线程终止时，它的所有资源会自动被释放回系统，无需其他线程的干预。

参数

  • thread：要分离的线程的标识符（pthread_t 类型）。

返回值

  • 成功时返回 0。
  • 失败时返回错误号。

一个线程被创建，默认是joinable，必须要被join的；如果一个线程被分离，线程的工作状态分离状态，不需要/不能被join的。

这里我们还需要借助一个接口：pthread_self，一调用就是获取自己的线程id

新线程分离主线程

代码示例：一旦分离主线程就不能等待了，如果等待会发生什么？这里我们看一下分离且join后，join的返回值

我们发现返回值为：22，这说明主线程以等待就直接出错了。所以主线程无需等待，主线程可以做自己的事情了。如果在线程分离的情况下，且主线程没有做等待，新线程出错了，整个进程也是直接挂掉的，因为它还是在进程内部。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

const int num = 10;
std::string PrintToHex(pthread_t &tid)
{
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%lx", tid);
    return buffer;
}

void *threadrun(void *args)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    std::string name = static_cast<const char*>(args);
    while(true)
    {
        std::cout << name << " is running" << std::endl;
        sleep(1);
    }
   pthread_exit(args);
}
int main()
{
    std::vector<pthread_t> tids;
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        // 1. 有线程的id
        pthread_t tid;
        // 2. 线程的名字
        char *name = new char[128];
        snprintf(name, 128, "thread-%d", i+1);
        pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, /*线程的名字*/name);
        //3.保存所有线程id
        tids.push_back(tid);
    }
    
    sleep(5);
    for(auto tid : tids)
    {
         std::cout << "cancel: " << PrintToHex(tid) << std::endl;
        void *result = nullptr; // 线程被取消线程的退出结果是：-1 #define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)
        int n = pthread_join(tid, &result);
        std::cout << (long long int)result << " quit...n :" <<n<< std::endl;

    }
    sleep(100);
}

5.C++ 11中的多线程

C++11在Linux中使用多线程，编译时也是要链接pthread库，因为C++11中的多线程本质，就是对原生线程库接口的封装！！！

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void threadrun(std::string name, int num)
{
    while(num)
    {
        std::cout << name << " num : " << num<< std::endl;
        num--;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    std::string name = "thread-1";
    std::thread mythread(threadrun, std::move(name), 10);
    while(true)
    {
        std::cout << "main thhread..." << std::endl;
        sleep(1);
    }
    mythread.join();
    return 0;
}
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