Linux多執行緒程式設計（一）
什麼是執行緒
先來舉一個我們生活中的例項，我們都使用過一個強大的軟體—迅雷。那你必然知道迅雷有一個邊下邊播的功能，我們在下載的時候還能同時進行觀看。這就是一個多執行緒例項。
執行緒是程序內部的執行分支。
- 開啟迅雷軟體—–向系統核心索要資源，啟動“迅雷”程序，。
- 開始下載一個電影—–從索要的資源中排程分配一部分資源，啟動下載執行緒。
- 開始播放電影—–再索要的資源中排程分配一部分資源次從，啟動播放執行緒。
由上我們就不難理解，程序是資源分配的基本單位，執行緒是排程的基本單位。
執行緒有主次之分，主執行緒負責分配排程，新執行緒負責執行，每個程序只有一個主執行緒，新執行緒可以有多個。當主執行緒被殺死或者執行結束時，整個程序隨之結束，當然那麼多的執行緒也會結束。
我們可以建一個模型來理解上述文字：
當主執行緒啟動程式關閉時，整個迅雷軟體就會關閉，下載，播放執行緒當然也就關閉。我們不可能在還下載完電影就關閉下載軟體吧？
所以這裡要非常注意一點，我們在進行多執行緒程式設計時，要讓主執行緒等待新執行緒執行結束後再結束。
執行緒屬性
在Linux在沒有實質意義上的執行緒，Linux是通過程序來模擬執行緒，而這些模擬出的執行緒又叫輕量級程序。我們知道，每個程序都有一個程序控制塊PCB，作業系統通過控制PCB來控制程序，程序通過PCB與地址空間，頁表的合作來訪問實體記憶體，如下圖：
當我們建立多個執行緒時，就會擁有過個PCB，這些PCB（包括主執行緒）共享同一份地址空間，也就是說這些執行緒共享同一份程序資源和環境。如下圖：
這些資料包括：檔案描述符表，每種訊號的處理方式，當前工作目錄，使用者ID和組ID等。
但是有些資源是每個執行緒獨有一份的：
執行緒ID，上下文，各種暫存器的值，程式計數器，棧指標，棧空間，error變數，訊號遮蔽字，排程優先順序等。尤其注意這裡的執行緒ID和棧空間。
執行緒操作函式
因為Linux上的執行緒函式位於libpthread共享庫中，因此在編譯時要加上-lpthread。例如：
gcc -o test test.c -lpthread建立執行緒
在上文中我提到過一個名字叫執行緒ID，每個執行緒都有一個自己的執行緒ID，就像每個線程序都有一個程序ID一樣，程序ID在整個系統中是唯一的，但執行緒ID不同，執行緒ID只有在它所屬的程序上下文中才有意義。
執行緒ID是由pid_t資料型別來表示，是一個非負整數。執行緒ID是由資料型別 pthread_t來表示。
函式pthread_create用來建立一個執行緒。
int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t* attr,void*(*start routine)(void*),void *arg)引數：
- thread，為一個pthread_t型別的指標，指向一個記憶體單元。新建立的執行緒的執行緒ID會被設定在thread指向的記憶體單元。
- attr，用於定製各種不同的執行緒屬性。
- start routine，為一個函式指標，新建立的執行緒從start routine函式的地址開始執行。該函式的引數是一個無型別指標引數。這個引數後面我們會提到。
- arg，為一個無型別指標，當我們需要為第三個引數函式指標傳參時，那麼便需要把這些引數放到一個結構中，然後把這個結構的地址作為arg引數傳入。可以理解為此arg引數就是上面函式指標的引數。
標頭檔案：
#include<pthread.h>返回值：成功時返回0，失敗時返回錯誤碼。以前學的系統函式都是成功返回0，失敗返回-1，而錯誤碼儲存在全域性變數error中，pthread庫的函式都是通過返回值返回錯誤碼，雖然每個執行緒也都有一個error，但這是為了相容其他函式介面而提供的，pthread庫本身並不使用它，通過返回值返回錯誤碼更加清晰。
示例程式碼：
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
//新執行緒，每秒列印一次，共列印五次。
void* thread_run(void *arg)
{
int count = 0;
while(count++ < 5)
{
sleep(1);
printf("thread , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
printf("thread is over...\n");
return NULL;
}
int main()
{
//主執行緒
printf("phread\n");
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_run,pthread_self());
if(ret != 0)
{
printf("pthread_creat error\n");
return -1;
}
else
{
sleep(1);
printf("main , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
int exitCode;
pthread_join(tid,(void**)&exitCode);//用來等待新執行緒的結束
printf("main is over...%d\n",exitCode);
return 0;
}上面程式碼中用到了一個pthread_join函式，此函式的功能就是等待一個執行緒的結束。此例中讓主執行緒等待新執行緒的結束。第一個引數為新執行緒的執行緒ID，第二個引數用來接收新執行緒的退出碼。
執行結果應為主執行緒列印1次，新執行緒列印五次：
執行緒終止
執行緒終止有三個方式。
簡單的從啟動例程中返回，返回值是執行緒的退出碼。
這種方式是最簡單的方式，上面例子thread_run函式直接return就是這種方式。執行緒可以被同一程序中的其他執行緒呼叫pthread_cancle終止。
例如在主執行緒中終止新執行緒，仍為上面的例子。pthread_cancle的引數為要結束執行緒的執行緒ID。
程式碼：
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
void* thread_run(void *arg)
{
int count = 0;
while(count++ < 5)
{
sleep(1);
printf("thread , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
printf("thread is over...\n");
return NULL;
}
int main()
{
printf("phread\n");
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_run,pthread_self());
if(ret != 0)
{
printf("pthread_creat error\n");
return -1;
}
else
{
sleep(1);
printf("main , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
pthread_cancel(tid);//在主執行緒中結束子執行緒
int exitCode;
pthread_join(tid,(void**)&exitCode);
printf("main is over...%d\n",exitCode);
return 0;
}執行結果應為主執行緒列印一次後直接結束，新執行緒退出碼為-1。如果一個執行緒被其他執行緒呼叫pthread_cancel異常終止掉，它返回的退出碼將是常數PTHREAD_CANCELED。這個巨集被定義在pthread.h中，值為-1。
- 執行緒可以呼叫pthread_exit自己終止自己。
pthread_exit的引數為退出碼。注意，pthread_exit的引數或者新執行緒return的指標所指向的記憶體單元必須是全域性的或者由malloc分配的，因為當其他執行緒pthread_join得到這個返回指標時新執行緒函式已經退出了。
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
void* thread_run(void *arg)
{
int count = 0;
pthread_t mid = *(pthread_t*)arg;
while(count++ < 5)
{
sleep(1);
printf("thread , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
printf("thread is over...\n");
pthread_exit((void*)10);
}
int main()
{
printf("phread\n");
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_run,pthread_self());
if(ret != 0)
{
printf("pthread_creat error\n");
return -1;
}
else
{
sleep(1);
printf("main , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
int exitCode;
pthread_join(tid,(void**)&exitCode);
printf("main is over...%d\n",exitCode);
return 0;
}執行結果為：程式正常執行，但新執行緒退出碼為10。
一般情況下，執行緒終止後，資源不會被立即釋放，其終止狀態一直保留到其他執行緒呼叫pthread_join獲取它的狀態為止，這時系統擦才會釋放它所佔用的資源。但是執行緒也可以被置為detach狀態，這樣的執行緒一旦終止就立刻回收它佔用額度所有資源，而不保留終止狀態，這時主執行緒也不必一直阻塞等待，可以去做其他的工作。不能對一個已經處於detach狀態的執行緒呼叫pthread_join，這樣的呼叫將返回EINVAL。對一個detach的執行緒呼叫pthread_join或者pthread_detach都可以把該執行緒置為detach狀態，也就是說，不能對同一執行緒呼叫兩次pthread_join，或者如果已經對一個執行緒呼叫了pthread_detach就不能再呼叫pthread_join了。
這裡要補充一個有關執行緒的概念：
分離執行緒
執行緒是可分離的（detached）或者結合的（joinable），一個可結合的執行緒能夠被其他執行緒收回其資源和殺死。在被其他執行緒回收之前，他的儲存器資源（eg：棧）是不可釋放的。相反一個分離的執行緒是不能被其他執行緒回收或殺死的，它的儲存器資源在它終止時由系統自動釋放。
預設情況下，執行緒被建立成可結合的。為了避免村吃起的洩露，每個可結合線程都應該被顯示的回收，即呼叫pthread_join。若沒有被join，則會造成資源，記憶體的洩露。
因為呼叫pthread_join後，如果應該被join的新執行緒沒有執行結束，呼叫者會被阻塞，我們有時候並不希望如此。這時可在新執行緒中加入程式碼pthread_detach(pthread_self())或者主執行緒呼叫pthread_detach(thread_id)來將新執行緒設定成可分離的，如此一來，新執行緒執行結束後會自動釋放所有資源。
話說回來。除去以上三種執行緒終止方式外，當任意一個執行緒呼叫exit或者_exit時，則整個程序的所有執行緒都終止。
我們能不能用新執行緒結束主執行緒呢？
答案是可以的，但是新執行緒如何獲取主執行緒的執行緒ID呢？
這時就用到了pthread_create函式的第四個引數。將主執行緒的執行緒ID作為第四個引數傳入。在新執行緒中就可以以引數msg獲取到。具體實現看程式碼：
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
void* thread_run(void *arg)
{
int count = 0;
pthread_t mid = *(pthread_t*)arg;//直接解引用msg獲取主執行緒ID
pthread_cancel(mid);
while(count++ < 5)
{
sleep(1);
printf("thread , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
printf("thread is over...\n");
return NULL;
}
int main()
{
printf("phread\n");
pthread_t tid;
pthread_t mid = pthread_self();//呼叫self函式獲取主執行緒ID
int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_run,(void*)&mid);//將主執行緒ID作為第四個引數傳入
if(ret != 0)
{
printf("pthread_creat error\n");
return -1;
}
else
{
sleep(1);
printf("main , pid: %d , ppid: %d , tid: %lu\n",getpid(),getppid(),pthread_self());
}
int exitCode;
pthread_join(tid,(void**)&exitCode);
printf("main is over...%d\n",exitCode);
return 0;
}執行結果為：主執行緒不執行，新執行緒執行5次後結束。
