深入理解Linux中的线程控制：多线程编程的实战技巧

个人主页：chian-ocean

文章专栏-Linux

前言：

POSIX线程（Pthreads） 是一种在 POSIX 标准下定义的线程库，它为多线程编程提供了统一的接口，主要用于 UNIX 和类 UNIX 系统（如 Linux、MacOS 和 BSD 等）。POSIX 线程（Pthreads）允许程序在多个处理器上并行运行，从而提高应用程序的性能，尤其在多核处理器环境中。

监控线程的bash

cpp 复制代码

while :; do ps -aL | head -1 ; ps -aL | grep thread ; sleep 1;done

线程的控制

与线程有关的函数构成了⼀个完整的系列，绝⼤多数函数的名字都是以pthread_打头的
要使⽤这些函数库，要通过引⼊头⽂ pthread.h
链接这些线程函数库时要使⽤编译器命令的"-lpthread"选项

线程的创建(`pthread_create`)

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *), void *arg);

参数解析：

pthread_t *thread ：指向 pthread_t 类型的变量，这个变量将存储新线程的 ID。
const pthread_attr_t *attr ：指向 pthread_attr_t 类型的指针，它包含了新线程的属性（如栈大小、调度策略等）。如果传入 NULL，则使用默认属性。
void *(*start_routine)(void *) ：这是一个指向线程执行函数的指针，该函数接收一个 void* 类型的参数，并返回 void* 类型的结果。
void *arg ：这是传递给 start_routine 函数的参数，允许你向线程传递数据。

示例：

cpp 复制代码

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

using namespace std;    

// 线程函数
void* mythread(void* args)
{
    // 创建一个循环，子线程会打印 6 次
    for(int i = 0; i < 6; i++) 
    {
        sleep(1);                // 让线程睡眠 1 秒钟，模拟任务的执行
        cout << "Child Thread" << endl;  // 打印"Child Thread"，表示子线程在运行
    }
    
    return nullptr;
}

// 主函数
int main()
{
    pthread_t tid;   // 定义一个线程ID变量

    // 创建子线程，线程的执行函数是 mythread，其他参数为默认值
    pthread_create(&tid, nullptr, mythread, nullptr);

    // 主线程执行，循环 6 次
    for(int i = 0; i < 6; i++) 
    {
        cout << "Main Thread" << endl; // 打印"Main Thread"，表示主线程在运行
        sleep(1);                // 让主线程睡眠 1 秒钟
    }

    // 等待子线程完成执行
    pthread_join(tid, nullptr);  // 阻塞等待 tid 线程执行完毕

    return 0;  // 程序正常退出
}

pthread_create() ：用于创建一个新的线程，mythread 是新线程的执行函数。该函数接受参数 nullptr，表示没有传递任何参数给线程。
pthread_join(tid, nullptr) ：等待线程 tid 执行完成，pthread_join 阻塞主线程，直到子线程执行完毕。

打印结果：

线程退出

`pthread_join`

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数说明：

pthread_t thread：要等待结束的线程 ID。
void **retval ：用于存储线程返回值的指针。如果不需要返回值，可以将其设置为 NULL。

功能描述：

pthread_join() 函数使得调用该函数的线程（通常是主线程）阻塞，直到指定的线程（由 thread 参数指定）执行完毕。
当线程结束后，系统会回收该线程的资源。如果 retval 不为 NULL，线程的返回值将被存储在 retval 指向的位置。

示例：

cpp 复制代码

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

using namespace std;

// 子线程的执行函数
void* mythread(void*args)
{
    // 循环6次，每次打印一次信息，并且每次暂停1秒
    for(int i = 0 ; i < 6 ;i++) 
    {
        sleep(1);  // 休眠1秒钟
        cout << "Child Thread is running ...." << endl;  // 输出子线程运行的提示
    }

    // 返回一个值100，并强制转换为 void* 类型
    return (void*)100;
}

int main()
{
    pthread_t tid;  // 定义一个线程ID变量

    // 创建子线程，传入 mythread 函数作为线程执行的函数，参数为 nullptr
    pthread_create(&tid, nullptr, mythread, nullptr);

    // 主线程运行6次，每次输出一次信息，并且每次暂停1秒
    for(int i = 0 ; i < 6 ;i++) 
    {
        cout << "Main Thread is running .." << endl;  // 输出主线程运行的提示
        sleep(1);  // 休眠1秒钟
    }

    void* retval;  // 声明一个指向 void 的指针，用于接收子线程的返回值

    // 等待子线程结束，并将子线程的返回值存储到 retval 中
    pthread_join(tid, &retval);

    // 输出子线程的返回值，将其强制转换为整数类型并输出
    cout << (int64_t)retval << endl;  // 输出子线程的返回值，转换为整数

    return 0;
}

程序流程：

并发输出：主线程和子线程的输出交替进行，打印在终端上时会交替显示 "Main Thread is running ..." 和 "Child Thread is running ..."。
同步：主线程通过 pthread_join() 等待子线程完成，并获取子线程的返回值。
线程返回值 ：子线程通过 return (void*)100 返回一个 void* 类型的值，主线程通过 pthread_join() 捕获该返回值并输出。

打印：

`pthread_exit`

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);

参数说明：

retval：这是一个指针，线程退出时可以返回的值。该值可以被其他线程通过 pthread_join 获取，用来传递线程的退出状态或其他信息。
注意：retval 可以是任何类型的指针，通常是一个线程退出的状态信息。

示例：

cpp 复制代码

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

using namespace std;

void* mythread(void* args)  // 线程函数
{
    // 子线程执行的操作，循环输出 "Child Thread is running ...."
    for (int i = 0; i < 6; i++) 
    {
        sleep(1);  // 每次休眠1秒
        cout << "Child Thread is running ...." << endl;
    }

    // 输出结束前的信息
    cout << "Child  Pthread_exit" << endl;

    // 使用 pthread_exit 显式退出线程并返回一个状态码 100
    pthread_exit((void*)100);

    // 这一行代码不会被执行到，因为 pthread_exit 已经退出线程
    return (void*)100;
}

int main() 
{
    pthread_t tid;  // 声明一个线程标识符

    // 创建线程
    pthread_create(&tid, nullptr, mythread, nullptr);

    // 主线程执行的操作
    for (int i = 0; i < 6; i++) 
    {
        cout << "Main Thread is running .." << endl;
        sleep(1);  // 每次休眠1秒
    }

    // 主线程休眠，确保子线程有时间执行
    sleep(8);  // 等待子线程执行完毕

    // 主线程结束前输出信息
    cout << "main return " << endl;

    return 0;  // 程序结束
}

程序流程：

程序运行时，子线程和主线程会交替输出 "Child Thread is running ..." 和 "Main Thread is running ..."。
主线程执行完成它的循环后，调用 sleep(8) 来等待子线程的执行。此时，子线程已经执行完它的循环，并通过 pthread_exit 显式退出。
由于没有在主线程中调用 pthread_join()，主线程并没有等待子线程完成，它只是通过 sleep(8) 暂停一段时间，确保子线程有足够的时间结束。

打印：

`pthread_cancal`

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);

参数说明：

pthread_t thread：目标线程的线程 ID（TID），即你希望取消的线程。

功能描述：

pthread_cancel 用于向指定的线程发送取消请求。调用此函数后，目标线程会接收到取消请求，并在合适的时机响应取消请求。

返回值：

返回 0 表示成功，其他返回值表示失败，通常是因为无法取消线程（如线程已经结束等）。

示例：

cpp 复制代码

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;

// Hex函数，用于将整数转换为十六进制字符串
string Hex(int data)
{
    char buff[1034] = {0};

    // snprintf用于将整数data转换为十六进制字符串
    snprintf(buff,sizeof(buff),"0x%x",data);

    return buff;
}

// 线程函数，打印每个线程的整数值
void* mythread(void* args)
{
    // 将传入的参数指针转换为整型指针
    int* i = (int*)args;
    
    while(true) // 无限循环，模拟线程的持续运行
    {
        sleep(1);  // 每次休眠1秒
        cout << "thread: " << *i  << endl;  // 输出线程ID（即传递给线程的值）
    }

    return (void*)100;  // 返回一个指针类型的值，通常线程退出时返回状态
}

int main()
{
    // 定义一个 vector 来存储线程ID
    vector<pthread_t> th;

    // 创建4个线程
    for(int i = 0; i < 4; i++)
    {
        pthread_t tid;  // 定义一个线程ID变量
        // 创建线程，将线程ID、线程函数（mythread）以及传递给线程的参数（i的地址）传入
        pthread_create(&tid, nullptr, mythread, &i);
        // 将线程ID添加到线程容器中
        th.push_back(tid);
    }

    cout << "ready calcel" << endl;
    sleep(3);  // 休眠3秒，等待线程输出

    // 取消每个创建的线程
    for(int i = 0; i < th.size(); i++)
    {
        cout <<"calcel: thread "  << i <<endl;  // 输出正在取消的线程编号
        pthread_cancel(th[i]);  // 取消对应的线程
    }

    sleep(1);  // 稍等1秒，确保线程能够响应取消请求
    cout << "main return "<<endl;  // 输出主线程返回信息

    return 0;  // 程序结束
}

程序流程：

** 主线程创建子线程：**主线程使用 pthread_create() 创建 4 个子线程，每个子线程打印传递给它的整数值（即循环中的 i），并在每秒打印一次。
**线程输出：**每个线程在无限循环中每秒输出 thread: <value>，其中 <value> 是它收到的整数（传递给线程的 i）。
**主线程等待：**主线程在创建完线程后，休眠 3 秒，允许线程输出信息。
**取消线程：**主线程在 3 秒后调用 pthread_cancel() 来取消所有 4 个线程，每个线程被取消后，它会终止执行（线程的退出取决于它们在什么地方被取消）。
**程序结束：**主线程输出 "main return" 并结束，程序执行完毕。

打印：

线程分离

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);

参数：

thread：要设置为分离状态的线程 ID。

功能描述

功能描述 ：pthread_detach 用于将一个线程设置为 分离状态 。当线程被设置为分离状态后，线程在完成执行时会自动释放资源，而不需要其他线程显式地调用 pthread_join() 来清理线程资源。

示例：

cpp 复制代码

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;

// Hex函数：将整数转换为十六进制字符串
string Hex(int data)
{
    char buff[1034] = {0};
    snprintf(buff, sizeof(buff), "0x%x", data);  // 将整数以十六进制格式转换成字符串
    return buff;
}

// 线程函数
void* mythread(void* args)
{
    pthread_detach(pthread_self());  // 将当前线程设置为分离状态
    int* i = (int*)args;  // 将传入的参数指针转换为整型指针
    int n = 3;
    
    // 循环打印线程编号（传递给线程的值），共打印3次
    while(n--)
    {
        sleep(1);  // 每次循环休眠1秒
        cout << "thread: " << *i << endl;  // 输出线程的编号
    }
    
    return (void*)100;  // 线程返回值
}

int main()
{
    vector<pthread_t> th;  // 用于存储线程ID的容器
    cout << "线程的创建" << endl;

    // 创建4个线程
    for(int i = 0; i < 4; i++)
    {
        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid, nullptr, mythread, &i);  // 创建线程并传递 i 的地址作为参数
        th.push_back(tid);  // 将创建的线程ID加入到线程容器中
    }

    sleep(10);  // 主线程休眠10秒，确保所有子线程能运行完

    cout << "main return " << endl;
    return 0;  // 主程序结束
}

程序执行流程：

主线程通过 pthread_create 创建 4 个子线程，每个子线程都会执行 mythread 函数。
每个子线程会打印 3 次其编号（线程的参数），并在每次打印后休眠 1 秒。
主线程休眠 10 秒，以确保子线程有足够的时间打印信息。
每个子线程在完成执行后会自动退出并释放资源，因为它们是分离线程（调用了 pthread_detach）。
主线程输出 "main return" 并结束。

打印：

以上的代码没有实现同步，可能会导致错乱打印。

深入理解Linux中的线程控制：多线程编程的实战技巧

个人主页：chian-ocean

文章专栏-Linux

前言：

监控线程的bash

线程的控制

线程的创建(pthread_create)

参数解析：

示例：

线程退出

pthread_join

参数说明：

功能描述：

示例：

程序流程：

pthread_exit

参数说明：

示例：

程序流程：

pthread_cancal

参数说明：

功能描述：

返回值：

示例：

程序流程：

线程分离

参数：

功能描述

示例：

程序执行流程：

线程的创建(`pthread_create`)

`pthread_join`

`pthread_exit`

`pthread_cancal`