C语言多线程学习记录（一）

在Linux内核中多线程编程是很常见的一种性能提升手段。所以学习C语言，对于多线程也应该有一定的了解。关于线程与进程，在知乎看到下面这么一段说明，觉得很清晰： 做个简单的比喻：进程=火车，线程=车厢 - 线程在进程下行进（单纯的车厢无法运行） - 一个进程可以包含多个线程（一辆火车可以有多个车厢） - 不同进程间数据很难共享（一辆火车上的乘客很难换到另外一辆火车，比如站点换乘） - 同一进程下不同线程间数据很易共享（A车厢换到B车厢很容易） - 进程要比线程消耗更多的计算机资源（采用多列火车相比多个车厢更耗资源） - 进程间不会相互影响，一个线程挂掉将导致整个进程挂掉（一列火车不会影响到另外一列火车，但是如果一列火车上中间的一节车厢着火了，将影响到所有车厢） - 进程可以拓展到多机，进程最多适合多核（不同火车可以开在多个轨道上，同一火车的车厢不能在行进的不同的轨道上） - 进程使用的内存地址可以上锁，即一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。（比如火车上的洗手间）－"互斥锁" - 进程使用的内存地址可以限定使用量（比如火车上的餐厅，最多只允许多少人进入，如果满了需要在门口等，等有人出来了才能进去）－“信号量” ## 创建线程 创建线程的函数是：`pthread_create()` ，该函数声明在`pthread.h` 头文件中，其函数声明为： ```c int pthread_create( pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routing)(void *), void *arg); ``` ### 参数 该函数需要四个参数，其含义如下： - `pthread_t *thread` 一个指向 “新创建线程” 的指针变量 - `const pthread_attr_t *attr` 一个指向 “新创建线程的相关属性” 的指针变量，一般情况下不需要手动更改新建线程的属性，直接传NULL即可 - `void *(*start_routing)(void *)` 一个指向 “新线程要执行的函数” 的函数指针 - `void *arg` 代表传递给新线程要执行的函数的参数 ### 返回值 再次声明`pthread_create()` 函数的作用就是创建一个新的线程。其返回值就表示是否成功创建。所以其返回值有成功与不成功两种情况： - 成功创建： 返回 0 - 创建失败： 返回非0值，在`errno.h`头文件中定义了常见的几个异常返回值： - EAGIN：表示系统自远不足 - EINVAL： 表示attr参数无效 - EPERM： 表示attr参数非法，或者操作存在确权行为 ### 线程创建实例 ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> // sleep函数的头文件 #include <pthread.h> void * ThreadFun(void * arg) { // 新线程要执行的函数 if (arg == NULL) { printf("arg is NULL!\n"); }else { printf("%s\n", (char*)arg); } return NULL; } int main() { int res; char * url = "https://klelee.com"; pthread_t mythread1, mythread2; //定义两个新线程 /** * &mythread1 对应的形参是：pthread_t *thread，形参是指针变量，因此需要进行传址 * NULL 对应的形参是：const pthread_attr_t *attr，也就是新线程的属性 * ThreadFun 对应的形参是：void *(*start_routing)(void *)， 执行新线程要执行的函数的函数指针 * NULL 对应的形参是：void *arg，新线程要执行的函数的参数 */ res = pthread_create(&mythread1, NULL, ThreadFun, NULL); if (res != 0) { printf("thread create failed!\n"); return 0; } /** * &mythread2 对应的形参是：pthread_t *thread，形参是指针变量，因此需要进行传址 * NULL 对应的形参是：const pthread_attr_t *attr，也就是新线程的属性 * ThreadFun 对应的形参是：void *(*start_routing)(void *)， 执行新线程要执行的函数的函数指针 * NULL 对应的形参是：void *arg，新线程要执行的函数的参数 */ res = pthread_create(&mythread2, NULL, ThreadFun, (void*)url); if (res != 0) { printf("thread create failed!\n"); return 0; } sleep(5); return 0; } ``` ### 多线程程序的编译 需要注意的地方就是对于多线程程序，在编译的时候需要添加`lpthread` 选项 ``` gcc thread.c -o thread.out -lpthread ``` #### 执行结果 ) ## 终止线程 线程的终止，有三种情况： 1. 程序正常结束，线程终止 2. 通过return语句或者pthread_exit()终止线程 3. 其他线程发送pthread_cancel() 第一种情况就是字面意思，很容易理解。接下来详细说明后面两种情况。 ### 通过return和pthread_exit()终止进程 `pthread_exit()` 可以理解为是线程中的return语句。该函数也声明在`pthread.h` 文件中。其声明为： ```c void pthread_exit(void * retval); ``` 该函数返回值为空，有一个void类型的指针变量作为形式参数。这个参数就类似与return语句返回的数据一样，作为当前线程运行的函数的返回值。当没有返回值的时候，这里可以是NULL. #### return和pthread_exit()的区别 关于两者的区别还是直接体现在程序中吧，首先来看一个用return的程序： ```c #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void * thread_func (void * arg) { sleep(5); printf("https://klelee.com"); } int main() { int res; pthread_t mythread; res = pthread_create(&mythread, NULL, thread_func, NULL); if (res != 0) { printf("new thread failed!\n"); return 0; } printf("main thread will return!\n"); return res; //主要体现在这里 } ``` 编译和运行结果如下： ``` [klelee@arch first]$ gcc exit_return.c -o exit_return.out -lpthread [klelee@arch first]$ ./exit_return.out main thread will return! [klelee@arch first]$ ``` 再来看看`pthread_exit()`的实例： ```c #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void * thread_func (void * arg) { sleep(5); printf("https://klelee.com"); } int main() { int res; pthread_t mythread; res = pthread_create(&mythread, NULL, thread_func, NULL); if (res != 0) { printf("new thread failed!\n"); return 0; } printf("main thread will return!\n"); pthread_exit(NULL); // 将这里换成了pthread_exit() } ``` 运行结果： ``` [klelee@arch first]$ gcc exit_return.c -o exit_return.out -lpthread [klelee@arch first]$ ./exit_return.out main thread will return! [https://klelee.com](https://klelee.com) [klelee@arch first]$ ``` 对比如上两段程序的运行结果发现，区别就在于子线程中的程序有没有完全的执行。在主线程中直接使用return语句进行返回之后，由主线程创建的子线程也随之终止。 而使用pthread_exit语句的主线程终止之后，子线程没有终止，而是在继续运行，知道程序结束！ ### pthread_cancel()函数 与上面两种程序终止方式不同的是，使用cancel信号终止是被动终止。调用cancel函数的其他线程，而不是线程自身调用。其生命如下： ```c int pthread_cancel(pthread_t *thread); ``` #### 参数 指向目标线程的指针变量 #### 返回值 有关于pthread_cancel函数的返回值需要注意的是其成功的条件：发送成功即为成功。即： - cancel信号成功发送给目标线程，返回0 - cancel信号发送失败，返回非0值。若未找到目标线程，返回ESRCH宏，该宏的值为3. 对于接收cancel信号后终止的线程，相当于自己调用了`pthread_exit(PTHREAD_CANCELED)` 其中宏：PTHREAD_CANCELED定义在`pthread.h` 头文件中。 ```c #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void * thread_func (void * arg) { printf("https://klelee.com\n"); sleep(5); // 在这段时间内程序被终止 printf("cclike.cc\n"); // 主要看这句会不会输出 } int main() { int res; int value; void * mess; pthread_t mythread; res = pthread_create(&mythread, NULL, thread_func, NULL); if (res != 0) { printf("new thread failed!\n"); return 0; } //创建线程之后sleep两秒 sleep(2); // 然后立即发送cancel信号，在thread_fun函数睡眠的5秒内，强制终止程序运行 res = pthread_cancel(mythread); if (res != 0) { printf("stop thread failed!\n"); return 0; } res = pthread_join(mythread, &mess); if (res != 0) { printf("wait for thread failed!\n"); return 0; } if (mess == PTHREAD_CANCELED) { printf("force stop thread sucess!\n"); // 判断是否有cancel信号终止 }else { printf("force stop thread failed!\n"); } printf("main thread will return!\n"); pthread_exit(NULL); } ``` 编译和运行结果： ``` [klelee@arch first]$ gcc exit_return.c -o exit_return.out -lpthread [klelee@arch first]$ ./exit_return.out [https://klelee.com](https://klelee.com) force stop thread sucess! main thread will return! [klelee@arch first]$ ``` 通过运行结果可以看到，thread_fun()函数被提前终止了！ ## cancel信号处理机制 并不是所有的cancel信号都会被线程处理。很常见的现象就是当目标线程接收到cancel信号的时候，正处于循环当中，这种情况就不会立即响应cancel信号去终止线程 事实上，对于默认属性的线程，当有线程借助 pthread_cancel() 函数向它发送 Cancel 信号时，它并不会立即结束执行，而是选择在一个适当的时机结束执行。 所谓适当的时机，POSIX 标准中规定，当线程执行一些特殊的函数时，会响应 Cancel 信号并终止执行，比如常见的 pthread_join()、pthread_testcancel()、sleep()、system() 等，POSIX 标准称此类函数为“cancellation points”（中文可译为“取消点”）。 此外，<pthread.h> 头文件还提供有 pthread_setcancelstate() 和 pthread_setcanceltype() 这两个函数，我们可以手动修改目标线程处理 Cancel 信号的方式。 ### pthread_setcancelstate()函数 借助 pthread_setcancelstate() 函数，我们可以令目标线程处理 Cancal 信号，也可以令目标线程不理会其它线程发来的 Cancel 信号。其函数声明如下： ```c int pthread_setcancelstate( int state , int * oldstate ); ``` #### 参数 1. state 参数有两个可选值，分别是： 1. PTHREAD_CANCEL_ENABLE（默认值）：当前线程会处理其它线程发送的 Cancel 信号； 2. PTHREAD_CANCEL_DISABLE：当前线程不理会其它线程发送的 Cancel 信号，直到线程状态重新调整为 PTHREAD_CANCEL_ENABLE 后，才处理接收到的 Cancel 信号。 2. oldtate 参数用于接收线程先前所遵循的 state 值，通常用于对线程进行重置。如果不需要接收此参数的值，置为 NULL 即可。 #### 返回值 pthread_setcancelstate() 函数执行成功时，返回数字 0，反之返回非零数。 ### pthread_setcanceltype()函数 当线程会对 Cancel 信号进行处理时，我们可以借助 pthread_setcanceltype() 函数设置线程响应 Cancel 信号的时机。语法格式如下： ```c int pthread_setcanceltype( int type , int * oldtype ); ``` #### 参数 （1） type 参数有两个可选值，分别是： - PTHREAD_CANCEL_DEFERRED（默认值）：当线程执行到某个可作为取消点的函数时终止执行； - PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：线程接收到 Cancel 信号后立即结束执行。 （2） oldtype 参数用于接收线程先前所遵循的 type 值，如果不需要接收该值，置为 NULL 即可。 #### 返回值 pthread_setcanceltype() 函数执行成功时，返回数字 0，反之返回非零数。 #### 实例 ```c #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <stdlib.h> void * thread_Fun(void * arg) { printf("新建线程开始执行\n"); int res; //设置线程为可取消状态 res = pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL); if (res != 0) { printf("修改线程可取消状态失败\n"); return NULL; } //设置线程接收到 Cancel 信号后立即结束执行 res = pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS, NULL); if (res != 0) { printf("修改线程响应 Cancel 信号的方式失败\n"); return NULL; } while (1); return NULL; } int main() { pthread_t myThread; void * mess; int value; int res; res = pthread_create(&myThread, NULL, thread_Fun, NULL); if (res != 0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } sleep(1); //向 myThread 线程发送 Cancel 信号 res = pthread_cancel(myThread); if (res != 0) { printf("终止 myThread 线程失败\n"); return 0; } //等待 myThread 线程执行结束，获取返回值 res = pthread_join(myThread, &mess); if (res != 0) { printf("等待线程失败\n"); return 0; } if (mess == PTHREAD_CANCELED) { printf("myThread 线程被强制终止\n"); } else { printf("error\n"); } return 0; } ``` 编译与运行结果 ``` [root@localhost ~]# gcc thread.c -o thread.exe -lpthread [root@localhost ~]# ./thread.exe 新建线程开始执行 myThread 线程被强制终止 ``` ## 获取线程函数的返回值 在上面的函数中我们用到了一个新的函数`pthread_join` ，该函数能够获取某个线程执行结束时返回的数据。接下来我们详细看看它的使用方法。 ### pthread_join函数 该函数声明在`pthread.h`头文件中，其函数声明如下： ```c int pthread_join(pthread_t thread, void ** retval); ``` #### 参数 该函数有两个返回值： - `thread` 参数用于指定接收哪个线程的返回值 - `retval` 这里用一个二级指针直线了返回值地址的地址。如果 thread 线程没有返回值，又或者我们不需要接收 thread 线程的返回值，可以将 retval 参数置为 NULL。 pthread_join() 函数会一直阻塞调用它的线程，直至目标线程执行结束（接收到目标线程的返回值），阻塞状态才会解除。 #### 返回值 该函数拥有int类型的返回值。 - 0 值： 表示函数成功等到目标线程运行结束（成功拿到返回值）。 - 非零值：也就是等待目标线程返回失败，不同原因有不同的返回值，常见原因如下： - EDEADLK：检测到线程发生了死锁。 - EINVAL：分为两种情况，要么目标线程本身不允许其它线程获取它的返回值，要么事先就已经有线程调用 pthread_join() 函数获取到了目标线程的返回值。 - ESRCH：找不到指定的 thread 线程。 相关宏都在errno.h中做了定义！

有学习资料吗

WangChong 发表于 2023-9-15 20:52
有学习资料吗

C语言中文网C语言部分讲的还不错，但是好多都要会员。

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