1.線程的概念與實現(xiàn)方式

1.1 線程的概念

概念：線程是進程內(nèi)部的一條執(zhí)行序列或執(zhí)行路徑，一個進程可以包含多條線程。線程是進行資源調(diào)度和分配的基本單位 。
（1）每個進程至少有一條執(zhí)行路徑，所以一個進程至少有一個線程。
（2）每個進程都有一個主線程。

1.2 線程的實現(xiàn)方式

在操作系統(tǒng)中，線程的實現(xiàn)有以下三種方式：
（1）用戶級線程：由線程庫中的代碼進行管理，處理 ，銷毀。用戶自己創(chuàng)建的多線程，即多個處理路徑，無法使用多處理器的資源，在內(nèi)核眼里就只是一條路徑。
（2）內(nèi)核級線程：由內(nèi)核直接創(chuàng)建、直接管理、直接調(diào)度，直接結(jié)束。開銷大，可以利用處理器的資源。
（3）組合級線程：內(nèi)核空間允許其使用多處理器的資源。比如用戶創(chuàng)建多個線程，內(nèi)核可以創(chuàng)建兩個線程來處理這些線程，以達到可以有效使用處理器資源的目的。

1.3Linux 中線程的實現(xiàn)

Linux 實現(xiàn)線程的機制非常獨特。從內(nèi)核的角度來說，它并沒有線程這個概念。Linux 把所有的線程都當(dāng)做進程來實現(xiàn)。內(nèi)核并沒有準(zhǔn)備特別的調(diào)度算法或是定義特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表征線程。相反，線程僅僅被視為一個與其他進程共享某些資源的進程。每個線程都擁有唯一隸屬于自己的 task_struct，所以在內(nèi)核中，它看起來就像是一個普通的進程（只是線程和其他一些進程共享某些資源，如地址空間）。

1.4 進程與線程的區(qū)別

（1）進程是資源分配的最小單位，線程是 CPU 調(diào)度的最小單位。
（2）進程有自己的獨立地址空間，線程共享進程中的地址空間。
（3）進程的創(chuàng)建消耗資源大，線程的創(chuàng)建相對較小。
（4）進程的切換開銷大，線程的切換開銷相對較小。

2.線程基本使用

2.1 線程庫中的接口介紹

#include <pthread.h>/* pthread_create()用于創(chuàng)建線程 thread： 接收創(chuàng)建的線程的 ID attr： 指定線程的屬性//一般傳NULL start_routine：指定線程函數(shù) arg： 給線程函數(shù)傳遞的參數(shù) 成功返回 0， 失敗返回錯誤碼 */ int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) ( void *),void *arg);/* pthread_exit()退出線程 retval：指定退出信息 */ int pthread_exit( void *retval);/* pthread_join()等待 thread 指定的線程退出，線程未退出時，該方法阻塞 retval：接收 thread 線程退出時，指定的退出信息 */ int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

2.2 多線程代碼

如下簡單寫一個多線程代碼：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<assert.h> #include<pthread.h>void* pthread_fun(void* arg) {for(int i = 0; i < 5; i++){printf("fun run\n");sleep(1);} }int main() {pthread_t tid;int res = pthread_create(&tid,NULL,pthread_fun,NULL);assert(res == 0);for(int i = 0; i < 10; i++){printf("main run\n");sleep(1);}exit(0); }

運行結(jié)果（注意編譯鏈接需要帶上庫 -lpthread）：

如果子線程循環(huán)10次，主線程循環(huán)5次呢？代碼及運行結(jié)果如下：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<assert.h> #include<pthread.h>void* pthread_fun(void* arg) {for(int i = 0; i < 10; i++){printf("fun run\n");sleep(1);} }int main() {pthread_t tid;int res = pthread_create(&tid,NULL,pthread_fun,NULL);assert(res == 0);for(int i = 0; i < 5; i++){printf("main run\n");sleep(1);}exit(0); }

運行結(jié)果：

發(fā)現(xiàn)主線程結(jié)束后，子線程并沒有打印完也緊跟著結(jié)束了。
所以，主線程不會因為其他線程的結(jié)束而結(jié)束，但是其它線程的結(jié)束會因為主線程的結(jié)束而結(jié)束。這是因為主線程結(jié)束后會退出進程，所以進程里的其他線程都會終止結(jié)束。所以為了正常運行程序，一般我們都會讓主線程等待其他線程結(jié)束后再結(jié)束。代碼如下：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<assert.h> #include<pthread.h>void* pthread_fun(void* arg) {for(int i = 0; i < 10; i++){printf("fun run\n");sleep(1);}pthread_exit(NULL); }int main() {pthread_t tid;int res = pthread_create(&tid,NULL,pthread_fun,NULL);assert(res == 0);for(int i = 0; i < 5; i++){printf("main run\n");sleep(1);}char* s = NULL;pthread_join(tid,(void**)&s);exit(0); }

運行結(jié)果：

其他線程沒有結(jié)束的話，主線程會在pthread_join()處阻塞。所以主線程會在其他線程結(jié)束之后再結(jié)束，程序正常退出。

2.3 線程并發(fā)運行

示例代碼 1：

#include<stdio.h> #include<string.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<assert.h> #include<pthread.h>void* pthread_fun(void* arg) {int index = *(int*)arg;int i = 0;for(; i < 5; i++){printf("index = %d\n",index);sleep(1);} }int main() {pthread_t id[5];int i = 0;for(; i < 5; i++){pthread_create(&id[i],NULL,pthread_fun,(void*)&i);}for(i = 0; i < 5; i++){pthread_join(id[i],NULL);}exit(0); }

運行結(jié)果1：

運行結(jié)果2：

為什么會產(chǎn)生這種情況呢？線程并發(fā)問題。
這是因為我們向pthread_fun傳入i的地址。首先來說說為什么會出現(xiàn)多個線程拿到同一個i的值。線程創(chuàng)建在計算機中需要很多個步驟，我們進入for循環(huán)傳入i的地址后就去進行下一個for循環(huán)，創(chuàng)建的線程還沒有從地址中獲取打印i的值，主函數(shù)就繼續(xù)創(chuàng)建后面的線程了，導(dǎo)致多個線程并發(fā)，拿到同一個i值，而且不是創(chuàng)建該線程的時候i的值。
注意到打印第一個運行結(jié)果都是打印0，這是因為主函數(shù)第一個for循環(huán)已經(jīng)結(jié)束了，后面一個for循環(huán)將i又置為0，而這些線程在主函數(shù)第一個for循環(huán)執(zhí)行的時候，都沒有回獲取i的值打印，直到下一個for循環(huán)，這些線程才獲取i值打印，所以打印出來 都是0。

示例代碼 2：多線程并發(fā)訪問同一塊內(nèi)存的問題

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include<assert.h> #include<pthread.h>int g = 0;void* pthread_fun(void* arg) {for(int i = 0; i < 1000; i++){printf("g = %d\n",++g);}pthread_exit(NULL); }int main() {pthread_t id[5];for(int i = 0; i < 5; i++){pthread_create(&id[i],NULL,pthread_fun,NULL);}for(int j = 0; j < 5; j++){char* s = NULL;pthread_join(id[j],(void**)&s);}exit(0); }

三次運行結(jié)果：

運行結(jié)果最后可能是5000，也可能是4900多，這是怎么回事呢？
看一下本人的虛擬機設(shè)置，處理器數(shù)量2個，每個處理器2個內(nèi)核。

原因就是linux的線程是內(nèi)核級線程。程序中對g++并不是原子操作，對g++，計算機需要 很多次操作 ，比如將內(nèi)存中的g讀取到寄存器中，再從寄存器中讀走進行++，再回頭進行寫入等等一系列操作。可能一個線程拿到了內(nèi)存中的g，還沒來得及++再寫回去，另一個線程被分配到另一個處理器上，讀取了相同值的g進行++。所以我們得到的值有時候會比5000要小。
解決方法有：
（1）將處理器設(shè)置為單核處理器；
（2）進行線程同步。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux线程——线程创建和基本使用（多线程并发）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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