[系统运维]Linux多线程编程API笔记，梳理查阅

简述多线程

• 线程是允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。

Pthread数据类型

Pthreads函数返回值

• 从系统调用和库函数中返回状态，传统的做法是：返回0表示成功，返回-1表示失败，并设置errno值以标识错误原因，
• Pthread则：返回0表示成功，返回任意正值表示失败，这一失败的返回值与errno中值的含义相同。

线程相关API

创建线程

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

• pthread: 保存线程ID
• attr: 传入线程各个属性设置，NULL则为默认属性
• 新线程通过调用带有参数arg的函数start而开始执行。

线程终止

线程终止方式：

• 线程start函数执行return语句并返回指定值
• 线程调用pthread_exit()
• 调用pthread_cancel()取消线程
• 任意线程调用了exit() ，或主程序执行了return，都会导致进程中的所有线程立即终止。

pthread_exit()
将立即终止程序，且返回值可由另一线程通过pthread_join()来获取。

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

retval所指向的内容不应分配与线程栈中，防止失效。

线程ID

进程内部的每一个线程都有一个唯一标识，称为线程ID。
获取线程ID的方法：

• pthread_create() 返回给调用者
• pthread_self()函数获得自己的线程ID
  pthread_self()

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

线程ID的作用：

• 不同的Pthreads函数利用线程ID来标识要操作的目标线程。（pthread_join\pthread_detach()\pthread_cancel()\pthread_kill()）

pthread_equal() 检查两个线程ID是否相同 （ID相同则返回非0，不同则返回0）

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

连接（joining）已终止的线程

函数**ptrhead_join()**等待由pthred_t标识的线程终止。
如果线程已经终止，ptrhead_join()会立即返回。

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

• 若retval为非空指针，将会保存线程终止时返回值的拷贝，该返回值亦即线程调用return 或者 pthread_exit()时所指定的值。
• 向pthread_join传入一个之前已然连接过的线程ID，将会导致无法预知的行为。
• 若线程并未分离，则必须使用pthread_join()来进行连接。如果未能连接，那么线程终止时将产生僵尸线程。除了浪费系统资源以外，僵尸线程若积累过多，应用将再也无法创建新的线程。

线程的分离

默认情况下，线程是可连接的，线程退出时，可通过pthread_join获得返回状态，但当不关心返回状态时，则可以设置为分离属性，让系统自动清理移除。

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

常见用法：pthread_detach(pthread_self());

线程同步

保护对共享变量的访问：互斥量

• 静态分配的互斥量，初始化静态互斥量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t  *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t  *mutex);

• 防止互斥量死锁的方案：

  • 定义互斥量的层级关系，总是以相同顺序对改组互斥量进行锁定。
  • 较少使用：尝试一下，然后恢复。 pthread_mutex_trylock(); 如果trylock失败，则将释放该线程所有互斥量。

• 动态初始化互斥量

#include <pthread.h>
int pthread_mutex-init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t * attr);

使用场景：

• 动态分配于堆中的互斥量。例如，动态创建针对某一结构的链表，表中每个结构都包含一个pthread_mutex_t类型字段来存放互斥量，借以保护对该结构的访问。
• 互斥量是在栈中分配的自动变量
• 初始化经由静态分配，且不使用默认属性的互斥量。

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

通知状态的改变：条件变量

• 静态条件变量：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
• 条件变量的主要操作是发送信号（signal）和等待(wait)。
• 发送信号操作通知一个或多个处于等待的线程，某个共享变量的状态已经改变。
• 等待操作是指在收到一个通知前一直处于阻塞状态。

#include <pthread.h>

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cont_timewait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

pthread_cond_signal() 和 pthread_cond_broadcast() 差别在于二者对于阻塞pthread_cond_wait()的多个线程处理方式不同。
pthread_cond_signal()只保证唤醒至少一条遭到阻塞的线程
pthread_cond_broadcast() 则会唤醒所有遭到阻塞的线程。

pthread_cont_timewait() 指定等待通知的休眠上线。

• 动态条件变量

#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

线程取消

• 取消函数

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

• 取消状态
  PTHREAD_CANCEL_DISABLE，不允许取消，阻塞
  PTHREAD_CANCEL_ENABLE， 允许取消
• 类型
  PTRHEAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS，可能会在任何时间点取消
  PTHREAD_CANCEL_DEFERED，挂起，直到到达取消点
• 设置函数

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

• 手动设置取消点

#include <pthread.h>

void pthread_tescancel(void); 

• 清理函数

#include <pthread.h>

void pthread_cleanup_push(void (*routime)(void*), void *arg);//放线程头
void pthread_cleanup_pop(int execute);//放线程尾

当execute不为0，则表示清理函数一定会执行。