什么是多线程编程？
(相关资料图)
1、线程和进程的区别
进程是指正在运行的程序，它拥有独立的内存空间和系统资源，不同进程之间的数据不共享。
线程是进程内的执行单元，它与同一进程内的其他线程共享进程的内存空间和系统资源。
2、多线程的优势和应用场景
多线程是一种并发编程方式，它的优势包括：
提高程序的响应速度和运行效率（多核CPU下的多线程）
充分利用CPU资源，提高系统的利用率
支持多个任务并行执行，提高程序的可扩展性和可维护性
Linux下的多线程编程
Linux下C语言多线程编程依赖于pthread多线程库。pthread库是Linux的多线程库，是POSIX标准线程API的实现，它提供了一种创建和操纵线程的方法，以及一些同步机制，如互斥锁、条件变量等。
头文件：
#include
编译链接需要链接链接库 pthread。
一、线程的基本操作
1、pthread_create
/***@brief创建一个线程**Detailedfunctiondescription**@param[in] thread:一个指向线程标识符的指针，线程调用后，该值被设置为线程ID；pthread_t为unsigned long int*@param[in]attr:用来设置线程属性*@param[in]start_routine:线程函数体，线程创建成功后，thread指向的内存单元从该地址开始运行*@param[in]arg:传递给线程函数体的参数**@return线程创建成功，则返回0，失败则返回错误码，并且thread内容是未定义的*/intpthread_create(pthread_t*thread,constpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);
例子test.c：创建一个线程，每1s打印一次。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;void*thread_fun(void*arg){s_thread_running=1;while(s_thread_running){printf("threadrun...");sleep(1);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread_id,NULL);///<阻塞等待线程结束if(ret!=0){printf("pthread_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("AfterThread");exit(EXIT_SUCCESS);}编译、运行：
gcctest.c-otest-lpthread
2、pthread_join
/***@brief等待某个线程结束**Detailedfunctiondescription:这是一个线程阻塞函数，调用该函数则等到线程结束才继续运行**@param[in]thread:某个线程的ID*@param[in]retval:用于获取线程start_routine的返回值**@return线程创建成功，则返回0，失败则返回错误码，并且thread内容是未定义的*/intpthread_join(pthread_tthread,void**retval);
例子test.c：创建一个线程，进行一次加法运算就返回。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;void*thread_fun(void*arg){staticintres=0;inta=1,b=2;res=a+b;sleep(1);printf("threadrun,a+b=%d,addr=%p",res,&res);pthread_exit(&res);}intmain(void){intret=0;int*retval=NULL;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("pthread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&retval);///<阻塞等待线程结束if(ret!=0){printf("pthread_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}if(retval!=NULL){printf("AfterThread,retval=%d,addr=%p",(int)*retval,retval);}exit(EXIT_SUCCESS);}编译、运行：
3、pthread_exit
/***@brief退出线程**Detailedfunctiondescription**@param[in]retval:它指向的数据将作为线程退出时的返回值**@returnvoid*/voidpthread_exit(void*retval);
线程将指定函数体中的代码执行完后自行结束；
线程执行过程中，被同一进程中的其它线程（包括主线程）强制终止；
线程执行过程中，遇到 pthread_exit() 函数结束执行。
例子test.c：创建一个线程，每个1s打印一次，打印超过5次时调用pthread_exit退出。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!";void*thread_fun(void*arg){staticintcnt=0;s_thread_running=1;while(s_thread_running){cnt++;if(cnt>5){pthread_exit((void*)thread_exit_str);}printf("threadrun...");sleep(1);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;void*thread_res=NULL;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&thread_res);if(ret!=0){printf("thread_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("AfterThread,thread_res=%s",(char*)thread_res);exit(EXIT_SUCCESS);}编译、运行：
使用return退出线程与使用pthread_exit退出线程的区别？
return为通用的函数退出操作，pthread_exit专用与线程，既然pthread库有提供专门的函数，自然用pthread_exit会好些，虽然使用return也可以。
看看return退出线程与使用pthread_exit退出线程的具体区别：退出主线程。使用pthread_exit退出主线程只会终止当前线程，不会影响进程中其它线程的执行；使用return退出主线程，主线程退出执行很快，所有线程都会退出。
例子：使用pthread_exit退出主线程
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!";void*thread_fun(void*arg){sleep(1);printf("thread_funrun...");pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;void*thread_res=NULL;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("mainthreadexit");pthread_exit(NULL);}编译、运行：
例子：使用return退出主线程
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!";void*thread_fun(void*arg){sleep(1);printf("thread_funrun...");pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;void*thread_res=NULL;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("mainthreadexit");return0;}编译、运行：
4、pthread_self
/***@brief用来获取当前线程ID**Detailedfunctiondescription**@param[in]void**@return返回线程id*/pthread_tpthread_self(void);
例子：
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;conststaticchar*thread_exit_str="thread_exitok!";void*thread_fun(void*arg){staticintcnt=0;s_thread_running=1;while(s_thread_running){cnt++;if(cnt>5){pthread_exit((void*)thread_exit_str);}printf("threadrun(tid=%ld)...",pthread_self());sleep(1);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;void*thread_res=NULL;pid_tpid=getpid();printf("pid=%d",pid);printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread_id,(void**)&thread_res);if(ret!=0){printf("thread_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("AfterThread,thread_res=%s",(char*)thread_res);exit(EXIT_SUCCESS);}编译、运行：
5、pthraad_detach
/***@brief分离线程**Detailedfunctiondescription:分离线程，线程结束是系统自动回收线程的资源**@param[in]thread:某个线程的ID**@return成功时返回0，失败返回其他值*/intpthread_detach(pthread_tthread);
pthread_create创建的线程有两种状态：joinable（可结合的）和unjoinable（不可结合的/分离的）。默认是joinable 状态。
一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死；在被其他线程回收之前，它的存储器资源（如栈）是不释放的，所以以默认的属性创建线程时，创建的线程时可结合的，我们需要对线程退出时调用pthread_join对线程资源进行回收。只有当pthread_join函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。
一个不可结合的线程，线程结束后会自动释放占用资源。
因为pthread_join是一个阻塞的操作，而大多数时候主线程并不希望因为调用pthread_join而阻塞，并且大多数情况下不会使用线程函数体的返回值，所以这时候可以把线程创建为不可结合的/分离的。
把线程创建为不可结合的/分离的有两种方式：
在创建线程之后，使用pthraad_detach分离线程。
在创建线程之前，使用pthread_attr_setdetachstate设置线程以不可结合的/分离的状态创建。
例子：在创建线程之后，使用pthraad_detach分离线程。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;void*thread_fun(void*arg){s_thread_running=1;while(s_thread_running){printf("childthreadrun...");sleep(1);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;printf("BeforeThread");ret=pthread_create(&s_thread_id,NULL,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_detach(s_thread_id);if(ret!=0){printf("pthread_detacherror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("AfterThread");while(1){printf("mainthreadrun...");sleep(1);}exit(EXIT_SUCCESS);}编译、运行：
pthread_join与pthraad_detach的区别：
pthread_detach()即主线程与子线程分离，两者相互不干涉，子线程结束同时子线程的资源自动回收。
pthread_join()即是子线程合入主线程，主线程会一直阻塞，直到子线程执行结束，然后回收子线程资源，并继续执行。
6、pthread_attr_init
/***@brief初始化一个线程对象的属性**Detailedfunctiondescription**@param[in]attr:指向一个线程属性的指针**@return成功时返回0，失败返回其他值*/intpthread_attr_init(pthread_attr_t*attr);
如果不设置线程属性，线程则以默认属性进行创建，默认的属性值如：
例子：在创建线程之前，使用pthread_attr_setdetachstate设置线程以不可结合的/分离的状态创建。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread_id;staticunsignedchars_thread_running=0;void*thread_fun(void*arg){s_thread_running=1;while(s_thread_running){printf("threadrun...");sleep(1);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;printf("BeforeThread");pthread_attr_tattr;ret=pthread_attr_init(&attr);if(ret!=0){printf("pthread_attr_initerror!");exit(EXIT_FAILURE);}pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);///<线程以分离的状态创建ret=pthread_create(&s_thread_id,&attr,thread_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("AfterThread");pthread_attr_destroy(&attr);///<销毁线程属性结构while(1){sleep(1);}exit(EXIT_SUCCESS);}二、互斥锁（mutex）的使用
互斥锁用于保护一些公共资源。一些公共资源有可能会被多个线程共同使用，如果不做资源保护，可能会产生意想不到的bug。
一个线程，如果需要访问公共资源，需要获得互斥锁并对其加锁，资源在在锁定过程中，如果其它线程对其进行访问，也需要获得互斥锁，如果获取不到，线程只能进行阻塞，直到获得该锁的线程解锁。
互斥锁API：
#include///<创建互斥对象，用指定的初始化属性初始化互斥对象intpthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,constpthread_mutex_attr_t*mutexattr);///<加锁intpthread_mutex_lock(pthread_mutex_t*mutex);///<解锁intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex);///<加锁，但是如果对象已经上锁则返回EBUSY错误代码而不阻塞intpthread_mmutex_trylock(pthread_mutex_t*mutex);///<析构并释放mutex相关资源intpthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex);
互斥锁有两种创建方式：
静态创建：
pthread_mutex_tmutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态创建：
pthread_mutex_tmutex;pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread互斥锁属性包括：
PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP：这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将会形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种策略可以确保资源分配的公平性。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP：嵌套锁。允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP：检错锁。如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同，这样就保证了当不允许多次加锁时不会出现最简单情况下的死锁。
PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP：适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待一小段时间，如果不能获得锁就放弃等待
互斥锁使用形式：
pthread_mutex_tmutex;pthread_mutex_init(&mutex,NULL);///<初始化互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);///<加锁///<操作公共资源pthread_mutex_unlock(&mutex);///<解锁pthread_mutex_destroy(&mutex);///<销毁互斥锁
例子：
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread1_id;staticpthread_ts_thread2_id;staticunsignedchars_thread1_running=0;staticunsignedchars_thread2_running=0;staticpthread_mutex_ts_mutex;staticints_cnt=0;void*thread1_fun(void*arg){printf("[%s]pthread_mutex_lock------s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);pthread_mutex_lock(&s_mutex);///<加锁for(size_ti=0;i<100;i++){s_cnt++;}printf("[%s]pthread_mutex_unlock------s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);pthread_mutex_unlock(&s_mutex);///<解锁pthread_exit(NULL);}void*thread2_fun(void*arg){printf("[%s]pthread_mutex_lock------s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);pthread_mutex_lock(&s_mutex);///<加锁for(size_ti=0;i<100;i++){s_cnt++;}printf("[%s]pthread_mutex_unlock------s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);pthread_mutex_unlock(&s_mutex);///<解锁pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;///<创建互斥量ret=pthread_mutex_init(&s_mutex,NULL);if(ret!=0){printf("pthread_mutex_initerror!");exit(EXIT_FAILURE);}///<创建线程1ret=pthread_create(&s_thread1_id,NULL,thread1_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread1_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread1_id,NULL);///<阻塞等待线程结束if(ret!=0){printf("pthread1_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}///<创建线程2ret=pthread_create(&s_thread2_id,NULL,thread2_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread2_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_join(s_thread2_id,NULL);///<阻塞等待线程结束if(ret!=0){printf("pthread2_joinerror!");exit(EXIT_FAILURE);}printf("mainthread,s_cnt=%d",s_cnt);ret=pthread_mutex_destroy(&s_mutex);{printf("pthread_mutex_destroyerror!");exit(EXIT_FAILURE);}return0;}编译、运行：
三、条件变量的使用
条件变量是在线程中以睡眠的方式等待某一条件的发生，是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。
条件变量是线程可用的一种同步机制，条件变量给多个线程提供了一个会合的场所，条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。
条件变量API：
#include///<条件变量初始化intpthread_cond_init(pthread_cond_t*restrictcond,constpthread_condattr_t*restrictattr);///<销毁条件变量intpthread_cond_destroy(pthread_cond_t*cond);///<等待条件变量intpthread_cond_wait(pthread_cond_t*restrictcond,pthread_mutex_t*restrictmutex);///<带有超时功能的等待条件变量intpthread_cond_timedwait(pthread_cond_t*restrictcond,pthread_mutex_t*restrictmutex,conststructtimespec*restricttsptr);///<通知条件变量，唤醒至少1个等待该条件的线程intpthread_cond_signal(pthread_cond_t*cond);///<通知条件变量，广播唤醒等待该条件的所有线程intpthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*cond);
假如有两个线程，线程1依赖于某个变量才能执行相应的操作，而这个变量正好是由线程2来改变的。这种情况下有两种方案编写程序：
方案一：线程1轮询的方式检测这个变量是否变化，变化则执行相应的操作。
方案二：使用条件变量的方式。线程1等待线程2满足条件时进行唤醒。
其中，方案一比较浪费CPU资源。
条件变量的例子：创建两个线程，线程1对全局计数变量cnt从0开始进行自增操作。线程2打印5的倍数，线程1打印其它数。
#include#include#include#includestaticpthread_ts_thread1_id;staticpthread_ts_thread2_id;staticunsignedchars_thread1_running=0;staticunsignedchars_thread2_running=0;staticpthread_mutex_ts_mutex;staticpthread_cond_ts_cond;staticints_cnt=0;void*thread1_fun(void*arg){s_thread1_running=1;while(s_thread1_running){pthread_mutex_lock(&s_mutex);///<加锁s_cnt++;pthread_mutex_unlock(&s_mutex);///<解锁if(s_cnt%5==0){pthread_cond_signal(&s_cond);///<唤醒其它等待该条件的线程}else{printf("[%s]s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);}usleep(100*1000);}pthread_exit(NULL);}void*thread2_fun(void*arg){s_thread2_running=1;while(s_thread2_running){pthread_mutex_lock(&s_mutex);///<加锁while(s_cnt%5!=0){pthread_cond_wait(&s_cond,&s_mutex);///<等待条件变量}printf("[%s]s_cnt=%d",__FUNCTION__,s_cnt);pthread_mutex_unlock(&s_mutex);///<解锁usleep(200*1000);}pthread_exit(NULL);}intmain(void){intret=0;///<创建互斥量ret=pthread_mutex_init(&s_mutex,NULL);if(ret!=0){printf("pthread_mutex_initerror!");exit(EXIT_FAILURE);}///<创建条件变量ret=pthread_cond_init(&s_cond,NULL);if(ret!=0){printf("pthread_cond_initerror!");exit(EXIT_FAILURE);}///<创建线程1ret=pthread_create(&s_thread1_id,NULL,thread1_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread1_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_detach(s_thread1_id);if(ret!=0){printf("s_thread1_iderror!");exit(EXIT_FAILURE);}///<创建线程2ret=pthread_create(&s_thread2_id,NULL,thread2_fun,NULL);if(ret!=0){printf("thread2_createerror!");exit(EXIT_FAILURE);}ret=pthread_detach(s_thread2_id);if(ret!=0){printf("s_thread2_iderror!");exit(EXIT_FAILURE);}while(1){sleep(1);}return0;}编译、运行：
审核编辑：刘清
