第 11 章：线程

线程是一个进程中的控制和执行单元（unit）， 传统的 UNIX 进程可以看成是只有一个控制线程： 在同一时刻，它只能做一件事。

通过在进程中创建多个线程， 可以并发地完成多个不同的任务。

进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的， 包括可执行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。

多线程的用途和好处包括：

• 使用同步代码，实现异步效果。
• 实现简单的进程间通讯和数据共享。
• 将多个任务并行化，提高效率，减少阻塞。比如一个编辑器可以用一个线程接受用户的输入，另一个线程写入数据，第三个线程进行备份，等等。

当然，多线程也带来了一些难题， 其中最重要的就是因为共享数据而带来的数据一致性问题， 以及线程之间的同步，等等。

Note

多线程和多处理器并没有直接关系， 即使使用的是单处理器，也可以从多线程中获益。

创建线程

pthread_create 函数用于创建新线程：

#include <pthread.h>

// 创建成功返回 0 ，否则返回错误编号
int pthread_create(pthread_t *thread,               // 保存新线程的 id
                   const pthread_attr_t *attr,      // 定制线程的属性
                   void *(*start_routine) (void *), // 线程要执行的函数
                   void *arg);                      // 传给函数的参数

和创建进程类似， 系统并不保证新线程和原有线程之间那个会先执行， 所以线程程序一定要有相应的同步措施， 并且线程所执行的程序不能依赖于特定的执行顺序。

另外， 线程相关函数出错时， 通常以返回错误代码而不是设置 errno 的方式来报告错误， 这样更简洁一些。

pthread_self 函数用于返回线程的 id ，同一个进程的线程 id 是唯一的：

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

以下是书本提供的，创建新线程并打印线程 id 的示例代码：

// 11-1.c

#include "apue.h"
#include <pthread.h>

pthread_t ntid;

// 打印进程 id 和线程 id
void
printids(const char *s)
{
    pid_t pid = getpid();

    pthread_t tid = pthread_self();

    printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\n",
           s, (unsigned int) pid, (unsigned int) tid, (unsigned int) tid);
}

// 新线程的执行函数
void *
thr_fn(void *arg)
{
    printids("new thread: ");
    return ((void *)0);
}

int
main(void)
{
    int err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, NULL);
    if (err != 0)
        err_quit("can't create thread: %s\n", strerror(err));

    printids("main thread:");

    // 等待子线程完成
    sleep(1);

    exit(0);
}

以下是代码的执行结果（记得编译的时候要带上 -lpthread ）：

$ ./11-1.out
main thread: pid 3729 tid 3075602112 (0xb751f6c0)
new thread:  pid 3729 tid 3075599168 (0xb751eb40)

终止线程

线程有以下两种外部/自然终止方式：

• 进程中的任一线程调用了 exit 、 _Exit 或者 _exit ，那么整个进程终止。
• 如果信号的默认动作是终止进程，那么把该信号发送到某个线程会导致整个进程终止。

还有以下三种线程主动终止的方式：

• 线程执行完毕，从调用例程中返回，终止它的控制流，但不影响整个进程。
• 线程被同一进程的其他线程取消。
• 线程调用 pthread_exit 。

除非某个线程是进程的最后一个线程， 否则， 当一个线程终止时， 它所共享的进程资源不会被释放， atexit 也不会被调用。

pthread_exit 的签名如下：

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);

retval 用于向使用 pthread_join 等待这个线程的另一个线程返回值。

pthread_join 将调用线程阻塞，直到指定的线程终止为止，它的签名如下：

#include <pthread.h>

// 成功返回 0 ，否则返回错误代码
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

thread 是等待的目标线程， retval 用于保存目标线程的返回值。

以下是书本提供的，测试线程退出的例程：

// 11-2.c

#include "apue.h"
#include <pthread.h>

void *
thr_fn1(void *arg)
{
    printf("thread 1 returning\n");
    return ((void *) 0);
}

void *
thr_fn2(void *arg)
{
    printf("thread 2 exiting\n");
    pthread_exit((void *) 2);
}

int 
main(void)
{
    int err;
    pthread_t tid1, tid2;
    void *tret;

    // 创建线程 1
    err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, NULL);
    if (err != 0)
        err_quit("create thread 1 fail\n", strerror(err));

    // 创建线程 2
    err = pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, NULL);
    if (err != 0)
        err_quit("create thread 2 fail\n", strerror(err));

    // 等待线程 1 执行完毕
    err = pthread_join(tid1, &tret);
    if (err != 0)
        err_quit("join thread 1 fail\n", strerror(err));
    printf("thread 1 exit code %d\n", (int) tret);

    // 等待线程 2 执行完毕
    err = pthread_join(tid2, &tret);
    if (err != 0)
        err_quit("join thread 2 fail\n", strerror(err));
    printf("thread 2 exit code %d\n", (int) tret);

    exit(0);
}

执行结果：

$ ./11-2.out
thread 1 returning
thread 2 exiting
thread 1 exit code 0
thread 2 exit code 2

参考资料

https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads

一个教程，很规范地列举了关于线程、mutex、条件变量等知识，以及 API 的使用方式。

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