[Linux#40][线程] 线程控制 | 多线程

mit6.8242024-08-24 22:06

内核中有没有很明确的线程概念呢？没有的。有的是轻量级进程的概念

不会给我直接提供线程的系统调用，只会给我们提供轻量级进程的系统调用，但是我们用户，需要线程的接口！

所以 Linux 开发者提供了 pthread 线程库--应用层--轻量级接口进行封装。为用户提供直接线程的接口

  • 几乎所有的 Linux 平台，都是默认自带这个库的！
  • Linux 中编写多线程代码 需要 使用第三方 pthread库

为了保证函数能接受任意指针类型，C 进行了泛型设计void *,之后进行强转即可

windows 指针 4 字节 (默认 32 位），Linux 指针 8 字节（uname -r 发现x86_64)

1. 线程创建

功能：创建一个新的线程

函数原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void * (*start_routine)(void*), void *arg);

参数：

  • thread：输出型参数，获取创建成功的线程ID(是个地址）
  • attr：设置线程的属性，attr为nullptr表示使用默认属性
  • start_routine：是个函数地址，线程启动后要执行的函数
  • arg：传给线程启动函数的参数，不需要使可以设置为++nullptr++ （要传指针，才能切实拿到）

返回值：成功返回0，失败返回错误码

测试 ：可以发现有两个执行流

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

using namespace std;

void* start_rountine(void* args)
{
    //安全的进行强制类型转化
    string name=static_cast<const char*>(args);
    while(true)
        {
            cout<<"new thread create success, name: "<<name<<endl;
            sleep(1);
        }
}

int main()
{

    #define NUM 10
    for(int i=0;i<NUM;++i)
        {
            pthread_t id;
            //pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,(void*)"thread new"); 
            char namebuffer[64];
            snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);
            pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,namebuffer); 
        }


    while(true)
        {
            cout<<"new thread create success, name: main thread"<<endl;
            sleep(1);
        }

    return 0;
}

多线程发生了一些错乱，但还是可以发现是同时运行的

⭕注意：格式化传参的设置

复制代码 
char namebuffer[64];
snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);
pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,namebuffer);

第一行: char namebuffer[64];

这一行声明了一个字符数组 namebuffer，它可以存储最多 64 个字符（包括字符串结束符 \0）。

第二行: snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);

这里使用了 snprintf 函数来格式化字符串并安全地写入到 namebuffer 中。snprintf 函数通常用于格式化输出，但会检查目标缓冲区的大小以防止溢出。参数解释如下：

  • namebuffer: 目标缓冲区。
  • sizeof(namebuffer): 缓冲区的大小（字节数），这里为 64。
  • "%s:%d": 格式字符串，表示一个字符串后跟一个冒号和一个整数。
  • "thread": 要插入的第一个参数，是一个字符串。
  • i: 要插入的第二个参数，是一个整数变量。

因此，这条语句将把 "thread:i" 的格式化字符串写入 namebuffer，其中 i 是某个整数值。

第三行: pthread_create(&id,nullptr,start_routine,namebuffer);

  • namebuffer: 这是传递给线程启动例程 start_routine 的参数，即包含 "thread:i" 的字符串。

线程的第三方库，不是系统调用，g++后需要-lpthread链接库

ps -aL 查看轻量级进程， LWP--light weight process

PID==LWP ，表面这个线程是主线程

  • 任何一个线程被干掉了，进程都会被干掉
  • 一个函数可以被多个执行流同时执行。叫做函数被重入了
  • 全局变量是所有线程共享的，都可以访问操作
  • 调度器决定运行顺序，我们并不只知道，但肯定是主线程最后退出

循环监视窗口的打开：while :; do ps -aL | grep mythread;sleep 1;done

2. 线程等待

  1. 类似于存在僵尸，需要等待退出
  2. 获取子进程退出结果
  • 参数：
    • thread：线程ID
    • retval：利用其带回线程返回值，需深刻理解
  • 返回值：

    • 线程等待成功返回0，失败返回错误码

      void threadRoutine(void args)
      {
      return (void *)233; // 返回给主线程
      }

      int main()
      {
      pthread_t tid;
      pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

      复制代码 
      void *ret = nullptr;
pthread_join(tid, &ret); // 默认会阻塞等待新线程退出

cout << "new thread retval：" << (long long)(ret) << endl;
return 0;

      }

  • main thread 等待的时候，默认是阻塞等待的！
  • 主线程需要 join --对创建线程进行回收

⭕void** retval :指向指针的指针，为了调用了接口，获取线程退出的退出码

对指针解引用，代表指针所指向的目标

将拿到的返回值空间存储到自己的地址空间中，所以就是一个二级指针了，保证了实参的传递，取地址解引用得到函数返回值，存取到用户指针中。例如：++解两次引用，就可以获取函数原值了++

  • 直接调用 exit,会全部都直接退出
  • exit 是用来终止进程的！不能用来直接终止进程！

3. 线程终止

仅代表线程终止

  • return
  • pthread_exit

放在调用函数结尾：

复制代码 
void* start_rountine(void* args)
{
    //安全的进行强制类型转化
    ThreadDate* td=static_cast<ThreadDate*>(args);
    int cnt=10;
    while(cnt)
    {
        cout<<"cnt: "<<cnt<<" &cnt"<<&cnt<<endl;
        cnt--;
        sleep(1);
        pthread_exit(nullptr);
    }
    return nullptr;
}

线程取消

  • pthread_cancel -1

库设置的返回值，可以查看到 一个线程如果是被取消的，退出码是-1。

复制代码 
void* start_rountine(void* args)
{
    //安全的进行强制类型转化
    ThreadDate* td=static_cast<ThreadDate*>(args);
    int cnt=5;
    while(cnt)
    {
        cout<<"cnt: "<<cnt<<" &cnt"<<&cnt<<endl;
        cnt--;
        sleep(1);
    }

    //正常跑完返回的100,那被取消的线程返回的是什么呢？
    return (void*)100;
}


int main()  
{
    vector<ThreadDate*> threads;
#define NUM 10
    for(int i=0;i<NUM;++i)
    {

        ThreadDate* td=new ThreadDate();
        td->number=i+1;
        snprintf(td->namebuffer,sizeof(td->namebuffer),"%s:%d","thread",i+1);
        pthread_create(&td->tid,nullptr,start_rountine,td); 
        //这样不仅每个线程数据除了自己拿到了，主线程也全部拿到了
        threads.push_back(td);
    }


    for(auto& iter:threads)
    {
        cout<<"create thread: "<<iter->namebuffer<<" : "<<iter->tid<<" success"<<endl;
    }

    //线程取消
    sleep(5);//先让线程跑起来
    for(int i=0;i<threads.size()/2;++i)
    {
        pthread_cancel(threads[i]->tid);//创建多线程组中的某一 进行取消
        cout<<"pthread_cancel: "<<threads[i]->namebuffer<<" success"<<endl;
    }

    for(auto& iter:threads)
    {
        void* ret=nullptr;//注意是void*
        int n=pthread_join(iter->tid,&ret);//&地址是void**  
        assert(n == 0);
        (void)n;
        cout<<"join : "<<iter->namebuffer<<" success , number: "<<(long long)ret<<endl;
        delete iter;
    }
    //这里就可以看出主线程式阻塞式的等待，全部等待成功，才打印这句话
    cout<<"main thread quit!!"<<endl;

    return 0;
}

pthread_cancel(threads[i]->tid);//创建多线程组中的某一 进行取消

4.线程实现通信 | C++中

线程的参数和返回值，不仅仅可以用来进行传递一般参数，也可以传递类的对象！！

举例：实现通信

结构体+初始化=>类

复制代码 
class Request
{
public:
    Request(int start, int end, const string &threadname)
    : start_(start), end_(end), threadname_(threadname)
    {}
public:
    int start_;
    int end_;
    string threadname_;
};

class Response
{
public:
    Response(int result, int exitcode):result_(result),exitcode_(exitcode)
    {}
public:
    int result_;   // 计算结果
    int exitcode_; // 计算结果是否可靠
};

进行测试：

将 rq 的内容传给线程函数，对 rq 获取内容执行 rsp 运算，释放 rq，返回 rsp 打印

复制代码 
void *sumCount(void *args) // 线程的参数和返回值，不仅仅可以用来进行传递一般参数，也可以传递对象！！
{
    Request *rq = static_cast<Request*>(args); //  Request *rq = (Request*)args
    //强制转化
    Response *rsp = new Response(0,0);
    for(int i = rq->start_; i <= rq->end_; i++)
    {
        cout << rq->threadname_ << " is runing, caling..., " << i << endl;
        rsp->result_ += i;
        usleep(100000);
    }
    delete rq;//释放空间
    return rsp;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    Request *rq = new Request(1, 100, "thread 1");//参数指针
    pthread_create(&tid, nullptr, sumCount, rq);


    void *ret;
    pthread_join(tid, &ret);//接收指针的地址，实现传递
    Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);
    cout << "rsp->result: " << rsp->result_ << ", exitcode: " << rsp->exitcode_ << endl;
    delete rsp;
    return 0;
}

要用地址符号接受，接收到的也是回复类的地址

pthread_join(tid, &ret);//接收指针的地址，实现传递

Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);

也可以反映出堆空间也是被线程共享的

  • 目前，我们的原生线程，pthread库，原生线程库
  • C++11 语言本身也已经支持多线程了 vs 原生线程库

C++ 的多线程就是封装原生线程库

复制代码 
void threadrun()
{
    while(true)
    {
        cout << "I am a new thead for C++" << endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    thread t1(threadrun);//调用

    t1.join();//等待

    return 0;
}

thread t1(threadrun); //调用线程函数

编译时注意！两个编译后缀都要带 g++ -o $@$^-std=c++11 -lpthread

windows 下装的是 windows c++的库，++安装的是不同的库，所以语言具有跨平台性~++

5. 打印线程自己的 id

复制代码 
pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void*)"thread 1");
cout<<"thread id:"<<pthread_self()<<endl;


//对16进制转化的实现
std::string toHex(pthread_t tid)
{
    char hex[64];
    snprintf(hex, sizeof(hex), "%p", tid);//重点研究理解
    return hex;
}

man clone专门用来创建轻量级进程，我们使用的库底层就是它

线程的概念，是库给我们来维护的，你用的原生线程库，要不要加载到内存里，加载到哪里？

  • 要--都是基于内存的
  • 线程库要维护线程概念--不用维护线程的执行流，线程库注定了要维护多个线程属性集合。线程库要不要管理这些线程呢？要，先描述再组织
  • 由用户维护，OS 之上的，所以称为用户级线程

库加载到了共享区，在堆栈之间

  • 每一个线程的库级别的 tcb 的起始地址，叫做线程的 tid
  • 除了主线程，所有其他线程的独立栈，都在共享区，具体来讲是在 pthread 库中，tid 指向的用户 tcb 中

下篇文章将讲解线程的互斥~

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