【Linux】线程库

一、线程库管理

tid其实是一个地址

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void* start(void* args)
{
    const char* name = (const char *)args;
    while(true)
    {
        printf("我是新线程 %s ，我的地址：0x%lx\n",name,pthread_self());
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}

int main()
{
    pthread_t tid1;
    pthread_create(&tid1,nullptr,start,(void*)"thread-1");
    printf("我是主线程，我的地址：0x%lx\n",pthread_self());
    void* ret = nullptr;
    pthread_join(tid1,&ret);
    return 0;
}

zxw@hcss-ecs-cc58:~/linux_-ubuntu/class/lesson7$ ./mythread 
我是主线程，我的地址：0x7f9dbdc333c0
我是新线程 thread-1 ，我的地址：0x7f9dbdc2f640
我是新线程 thread-1 ，我的地址：0x7f9dbdc2f640
我是新线程 thread-1 ，我的地址：0x7f9dbdc2f640

首先，我们知道pthread. h不是操作系统的接口，而是原生线程库 。那么用户创建的线程，操作系统无法管理，则需要线程库来进行管理。他从系统中获取轻量级进程相关属性，从用户中也获取一些属性，这样就先描述起来了，再通过数据结构将线程组织起来，就将线程管理好了。

那么线程库如何管理呢，在哪管理呢？

在进程地址空间中，通过 mmap （共享区）加载了动态库，我们使用的 pthread 库就在该区域。pthread 库会管理进程中的每一个线程，它使用一系列的数据结构（如线程控制块）来组织和维护线程的相关信息。

每个线程还拥有独立的栈空间，主线程的栈由操作系统在进程启动时自动创建，位于进程地址空间的默认栈区；而通过 pthread_create 创建的其他线程，其栈空间默认由操作系统在进程地址空间的线程私有区域进行分配。

当调用 pthread 相关函数时，实际上是对 pthread 库所管理的这些数据结构进行访问和操作，从而实现对线程的创建、同步、销毁等管理功能。

那么现在，我们也可以理解 pthread_t tid 是什么了，他不就是每一个线程在进程地址空间的起始地址嘛，我们pthread_create 对tid进行写入，因为需要创建对应的数据结构，找到起始地址，然后返回，后续用户要继续对线程进行控制，等待啊，终止啊，分离啊，取消啊。都需要传入tid，也就是能找到在进程地址空间的位置后，才可以处理。

二、线程的局部存储

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int g_val = 100;
 
void *TreadFun(void *arg)
{
    while (1)
    {
        cout << "我是一个新线程,g_val: " << g_val << ",&g_val: " << &g_val << endl;
        g_val++;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}
 
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, TreadFun, (void *)"Thread 1");
    while (1)
    {
        cout << "我是一个主线程,g_val: " << g_val << ",&g_val: " << &g_val << endl;
        sleep(1);
    }
    pthread_join(tid,nullptr);
}

zxw@hcss-ecs-cc58:~/linux_-ubuntu/class/lesson7/Pthread$ ./testThread 
我是一个主线程,g_val: 100,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个新线程,g_val: 100,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个主线程,g_val: 101,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个新线程,g_val: 101,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个主线程,g_val: 102,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个新线程,g_val: 102,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个主线程,g_val: 103,&g_val: 0x55a1a3616014
我是一个新线程,g_val: 103,&g_val: 0x55a1a3616014

如果我们给全局变量前添加上__thread，GCC/G++编译器提供的一个扩展，用于声明线程局部存储变量。

复制代码

__thread int g_val = 100;

重新执行程序，发现地址发生改变

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我是一个主线程,g_val: 100,&g_val: 0x7f8c2a39b3bc
我是一个新线程,g_val: 102,&g_val: 0x7f8c2a39763c
我是一个主线程,g_val: 100,&g_val: 0x7f8c2a39b3bc
我是一个新线程,g_val: 103,&g_val: 0x7f8c2a39763c
我是一个主线程,g_val: 100,&g_val: 0x7f8c2a39b3bc
我是一个新线程,g_val: 104,&g_val: 0x7f8c2a39763c

因为我们添加的__thread 会在G++编译时，给每个线程的局部存储空间里将变量拷贝进程，私有一份，于是每个线程自己管理自己的那一份资源。

__thread只能修饰内置类型，如string这种数据结构和自定义类型无法处理。

三、线程封装

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#ifndef _THREAD_HPP__
#define _THREAD_HPP__
#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
using namespace std;

namespace MyThread
{
    template <typename T>
    using func_t = function<void(T)>;

    static int number = 1;
    enum TSTATUS
    {
        NEW,
        RUNNING,
        STOP
    };
    template <typename T>
    class Thread
    {
    private:
        // 成员方法！ void* Routinue(Thread* this,void* args)
        static void *Routinue(void *args)
        {
            Thread<T> *t = (Thread<T> *)args;
            t->_status = TSTATUS::RUNNING;
            t->_func(t->_data);
            return nullptr;
        }

        void EnableDetach()
        {
            _joinable = false;
        }

    public:
        Thread(func_t<T> func, T data) : _func(func), _status(TSTATUS::NEW), _joinable(true), _data(data)
        {
            _name = "Thread-" + to_string(number++);
            _pid = getpid();
        }

        bool Start()
        {
            if (_status != TSTATUS::RUNNING)
            {
                int n = ::pthread_create(&_tid, nullptr, Routinue, this);
                if (n != 0)
                    return false;
                return true;
            }
            return false;
        }

        bool Stop()
        {
            if (_status == TSTATUS::RUNNING)
            {
                int n = ::pthread_cancel(_tid);
                if (n != 0)
                    return false;
                return true;
            }
            return false;
        }

        bool Join()
        {
            if (_joinable)
            {
                int n = ::pthread_join(_tid, nullptr);
                if (n != 0)
                    return false;
                _status = TSTATUS::STOP;
                return true;
            }
            return false;
        }

        void Detach()
        {
            EnableDetach();
            pthread_detach(_tid);
        }

        bool IsJoinable() { return _joinable; }

        string Name() { return _name; }
        ~Thread()
        {
        }

    private:
        string _name;
        pthread_t _tid;
        pid_t _pid;
        bool _joinable; // 是否分离，默认不是
        func_t<T> _func;
        TSTATUS _status;
        T _data;
    };

}

#endif