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Linux 线程
详细学习的地方，可以当字典备查：
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书《POSIX多线程程序设计》。
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书《Unix_Linux_Windows_OpenMP多线程编程》中的《第三章 Unix/Linux 多线程编程》。
多线程指的是在单个 程序/进程 中可以同时运行多个不同的线程（可以视作共享同一块内存资源的多个任务），执行不同的任务：
更高的运行效率，并行执行；
多线程是模块化的编程模型；
与进程相比，线程的创建和切换开销更小；
通信方便；
能简化程序的结构，便于理解和维护；更高的资源利用率。
多线程的应用场景：
程序中出现需要等待的操作，比如网络操作、文件IO等，可以利用多线程充分使用处理器资源，而不会阻塞程序中其他任务的执行。
程序中出现可分解的大任务，比如耗时较长的计算任务，可以利用多线程来共同完成任务，缩短运算时间。
程序中出现需要后台运行的任务，比如一些监测任务、定时任务，可以利用多线程来完成。
线程安全与线程同步：
线程安全：多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。
线程不安全：不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。
若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作， 其他线程才能对该内存地址进行操作，
线程异步：访问资源时在空闲等待时同时访问其他资源，实现多线程机制。
同步：A线程要请求某个资源，但是此资源正在被B线程使用中，因为同步机制存在，A线程请求不到，怎么办，A线程只能等待下去
异步：A线程要请求某个资源，但是此资源正在被B线程使用中，因为没有同步机制存在，A线程仍然请求的到，A线程无需等待
线程同步的优势：
好处：解决了线程的安全问题。
弊端：每次都有判断锁，降低了效率。
但是在安全与效率之间，首先考虑的是安全。
Linux 系统下的用 C 开发多线程使用叫 pthread 的线程库；内核级线程 和 用户级线程 是在创建线程时通过传入 API 的不同参数进行 区分/设置 的。
因为 pthread 并非 Linux 系统的默认库，而是 POSIX 标准的线程库。在 Linux 中将其作为一个库来使用，因此编译选项需要加上 -lpthread（或-pthread）以显式链接该库。例子：gcc xxx.c -lpthread -o xxx.bin。
各个 API 原型介绍
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pthread_self()——获取线程 ID。
/* pthread_self()——函数获取线程 ID #include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void); 成功：返回线程号 */ #include <pthread.h> #include <stdio.h> int main() { pthread_t tid = pthread_self(); printf("tid = %lu\n",(unsigned long)tid); return 0; } -
pthread_create()——线程创建。
/* pthread_create()——线程创建 #include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg); 该函数第一个参数为pthread_t指针，用来保存新建线程的线程号。 第二个参数表示了线程的属性，可传入NULL表示默认属性。 第三个参数是一个函数指针，就是线程执行的函数。这个函数返回值为void*，形参为void*。 第四个参数则表示为向线程处理函数传入的参数，若不传入，可用NULL填充。 返回 0 表示成功，负值表示失败。 */ #include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> void *fun(void *arg) { printf("pthread_New = %lu\n",(unsigned long)pthread_self()); } int main() { pthread_t tid1; int ret = pthread_create(&tid1,NULL,fun,NULL); ... 简化，错误处理略 /* tid_main 为通过pthread_self获取的线程ID，tid_new通过执行pthread_create成功后tid指向的空间 */ /* 即 tid1 与 pthread_New 打印结果应为一致 */ printf("tid_main = %lu tid_new = %lu \n",(unsigned long)pthread_self(),(unsigned long)tid1); /* 因线程执行顺序随机，不加sleep可能导致主线程先执行，导致进程结束，无法执行到子线程 */ /* 也就是说，主线程 执行到这里 如果不加 sleep 则 后面直接 return 结束了，那么 线程 fun 还没执行 本进程就结束了 */ sleep(1); return 0; } /* 通过pthread_create确实可以创建出来线程，主线程中执行pthread_create后的tid指向了线程号空间，与子线程通过函数pthread_self打印出来的线程号一致。 特别说明的是，当主线程伴随进程结束时，所创建出来的线程也会立即结束，不会继续执行。并且创建出来的线程的执行顺序是随机竞争的，并不能保证哪一个线程会先运行。可以将上述代码中sleep函数进行注释，观察实验现象。 */创建 进程时候 传入参数：
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> void *fun1(void *arg){ printf("%s:arg = %d Addr = %p\n",__FUNCTION__,*(int *)arg,arg); } void *fun2(void *arg){ printf("%s:arg = %d Addr = %p\n",__FUNCTION__,(int)(long)arg,arg); } int main() { pthread_t tid1,tid2; int a = 50; int ret = pthread_create(&tid1,NULL,fun1,(void *)&a); /* 传入地址 */ ... 简化，错误处理略 ret = pthread_create(&tid2,NULL,fun2,(void *)(long)a); /* 传入值 */ ... 简化 sleep(1); printf("%s:a = %d Add = %p \n",__FUNCTION__,a,&a); return 0; } -
pthread_exit / pthread_cancel 和 pthread_join / pthread_tryjoin_np——线程的退出。
线程的退出情况有三种：
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第一种是进程结束，进程中所有的线程也会随之结束。
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第二种是通过函数 pthread_exit() 来主动的退出所在的线程。
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第三种被其他线程调用 pthread_cancel() 来被动退出。
关于线程退出后的资源回收：
一个进程中的多个线程是共享数据段的。如果一个线程是 joinable 或者叫 非分离状态的，在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放，要用 pthread_join/pthread_tryjoin_np 函数来同步并释放资源，即 当线程结束后，主线程要通过函数 pthread_join/pthread_tryjoin_np 来回收线程的资源，并且获得线程结束后需要返回的数据。如果一个线程是 unjoinable 或者叫 分离状态的，则 在线程退出之后 其自己会主动回收资源，主线程里便不用再调用 pthread_join/pthread_tryjoin_np 来回收线程的资源，当然此时 线程退出的时候也就不能传出参数。joinable 和 unjoinable 可以设置，后面 线程属性 部分会说到。
关于主线程 / 进程的退出：
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在主线程中，在 main 函数中 return 了或是调用了 exit() 函数，则主线程退出，且整个进程也会终止，此时进程中的所有线程也将终止，因此要避免 main 函数过早结束。
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在任何一个线程中调用 exit() 函数都会导致进程结束，进程一旦结束，那么进程中的所有线程都将结束。
以下 是对 pthread_exit / pthread_cancel 和 pthread_join / pthread_tryjoin_np 线程的退出 相关 API 的说明。
/* 线程主动退出 pthread_exit #include <pthread.h> void pthread_exit(void *retval); pthread_exit函数为线程退出函数，在退出时候可以传递一个void*类型的数据带给主线程，若选择不传出数据，可将参数填充为NULL。 pthread_exit函数唯一的参数value_ptr是函数的返回值，只要pthread_join中的第二个参数value_ptr不是NULL，这个值将被传递给value_ptr 线程被动退出 pthread_cancel，其他线程使用该函数让另一个线程退出 #include <pthread.h> int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：返回0 该函数传入一个tid号，会强制退出该tid所指向的线程，若成功执行会返回0。 线程资源回收（阻塞在执行到 pthread_join 的地方，然后等待 thread 线程的退出） #include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 该函数为线程回收函数，默认状态为阻塞状态，直到成功回收线程后才返回。第一个参数为要回收线程的tid号，第二个参数为线程回收后接受线程传出的数据， 或者该线程被取消而返回PTHREAD_CANCELED。 线程资源回收（非阻塞，需要循环查询） #define _GNU_SOURCE #include <pthread.h> int pthread_tryjoin_np(pthread_t thread, void **retval); 该函数为非阻塞模式回收函数，通过返回值判断是否回收掉线程，成功回收则返回0，其余参数与pthread_join一致。 阻塞方式 pthread_join 和 非阻塞方式 pthread_tryjoin_np 使用上的区别： 通过函数 pthread_join 阻塞方式回收线程，几乎规定了线程回收的顺序，若最先回收的线程未退出，则一直会被阻塞，导致后续先退出的线程无法及时的回收。 通过函数 pthread_tryjoin_np 使用非阻塞回收线程，可以根据退出先后顺序自由的进行资源的回收。 */ -
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线程属性相关：
参考 pthread_attr_init线程属性高司机的博客-CSDN博客pthread_attr_destroy，线程属性详解 线程属性pthread_attr_t简介_Robin Hu的专栏-CSDN博客。
/* 定义 pthread_attr_t 线程属性变量，用于设置线程属性，主要包括 scope 属性(用于区分用户态或者内核态)、detach（分离/joinable）属性、堆栈地址、堆栈大小、优先级 */ pthread_attr_t attr_1,attr_2_3_4[3]; /* 首先调用 pthread_attr_init 来对 线程属性变量 进行默认的初始化，然后才可以调用 pthread_attr_xxx 类函数来改变其值 */ pthread_attr_init(&attr_1); /* 比如 （这里举一个例子，有很多设置属性的 API） pthread_attr_setdetachstate(&attr_1,PTHREAD_CREATE_DETACHED); 来设置 该线程的 可分离属性（pthread_detach 函数也是设置某一个 线程的 这个属性） 在默认情况下线程是 joinable 或者叫非分离状态的，这种情况下，主线程等待子线程退出后，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。如果设置线程 为 unjoinable 或者叫 分离状态，即 子线程退出后 其主动的回收资源，主线程这里不必再调用 pthread_join 等待 子线程退出了。 可以使用 pthread_attr_setdetachstate 函数把线程属性 detachstate 设置为下面的两个合法值之一：设置为 PTHREAD_CREATE_DETACHED 以分离状态启动线程（unjoinable）；或者设置为 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 正常启动线程（joinable，即默认的）。 可以使用 pthread_attr_getdetachstate 函数获取当前的 datachstate 线程属性。 另外，一般 不 建 议 去主动更改线程的优先级。 上面的 线程属性相关 的参考 链接中 对更多属性设置API进行了介绍，包括 继承性、调度策略（两种可选+其它方式）、调度参数 */ /* 这里是通过设置线程属性 设置为 系统级线程，还是用户级线程 */ pthread_attr_setscope(&attr_1, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM); /* 系统级线程，适合计算密集 */ pthread_attr_setscope(&attr_2_3_4[0], PTHREAD_SCOPE_PROCESS); /* 用户级线程，适合IO密集 */ /* 然后用这个属性去创建线程 */ pthread_create(&tid, &attr_1, fn, arg); /* 可以将属性都设为 NULL 值，来重新 init 然后设置 */ pthread_attr_destroy(&attr_1);线程的竞争：参考 Linux线程的实现 & LinuxThread vs. NPTL & 用户级内核级线程 & 线程与信号处理 - blcblc - 博客园 (cnblogs.com)，(227条消息) Linux进程解析_deep_explore的博客-CSDN博客。
系统级线程会与其它 进程 共同竞争时间片，用户及线程仅与所在进程内的其它用户及线程竞争调度。
Linux 2.6 以后的 pthread 使用 NPTL（更好支持 POSIX） 实现，都是系统级别的1:1线程（一个线程相当于一个进程，1:n就相当于一个进程里面n各线程相互竞争）模型，都是系统级线程。而 pthread_create() 里调用 clone() 时设置了CLONE_VM，所以在内核看来就产生了两个拥有相同内存空间的进程。所以用户态创建一个新线程，内核态就对应生成一个新进程。
因此，Linux 是一个多任务，多线程的操作系统。但其实现的线程机制非常独特，从内核的角度来说，它并没有线程这个概念。 Linux 把所有的线程当作进程来实现，线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。进程和线程都有自己的 task_struct, 在内核看来两者没有司马区别。
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etc.
使用这些 API 的例程
/* 文件：线程基本API的例子\线程API的例程-Linux下，被动回收.c */
#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
/* 例子说明：
创建 系统级 线程 1，无传入和传出参数，死循环，特定条件时退出，使用 pthread_join 回收
创建 用户级 线程 2、3、4 三个线程，线程号使用数组，传入和传出参数，使用 pthread_tryjoin_np 回收
在 linux 环境 的 gnu 编译器 下 执行编译：gcc temp.c -lpthread -o temp.bin
*/
/* 用于设置线程属性，主要包括 scope 属性(用于区分用户态或者内核态)、detach（分离/joinable）属性、堆栈地址、堆栈大小、优先级 */
pthread_attr_t attr_1, attr_2_3_4[3];
/* 指向线程标识符的指针，区分线程，即可称为 线程号，仅在本进程中有效。本质是 unsigned long int */
pthread_t id_1, id_2_3_4[3];
/* 线程 1，无传入和传出参数，执行完后退出，使用 pthread_join 回收 */
void *thread_1(void *in_arg)
{
int i = 0;
printf("thread_1 ID = %lu\n", (unsigned long)pthread_self());
for(;;)
{
printf("thread_1 print times = %d\n", ++i);
if(i >= 3)
pthread_exit(NULL);
/* 用 pthread_exit() 来调用线程的返回值，用来退出线程，但是退出线程所占用的资源不会随着线程的终止而得到释放 */
sleep(1); /* sleep() 单位秒，程序挂起 1 秒 */
}
}
/* 线程 2 3 4 */
void *thread_2_3_4(void *in_arg)
{
/* 必须要 static 修饰，否则 pthread_join/pthread_tryjoin_np 无法获取到正确值 */
static char* exit_arg;
/* exit_arg 是 本函数的一个局部变量，多个线程 2、3、4 都会修改它，因此最后返回的时候不知道是谁最后一次修改的 */
/* 因此要格外注意 */
exit_arg = (char*)in_arg;
pthread_t self_id = pthread_self();
if(self_id == id_2_3_4[0])
{
printf("thread_2 ID = %lu\n", (unsigned long)self_id);
sprintf((char*)in_arg,"id_2 gagaga");
}else if(self_id == id_2_3_4[1])
{
printf("thread_3 ID = %lu\n", (unsigned long)self_id);
sprintf((char*)in_arg,"id_3 lalala");
}else if(self_id == id_2_3_4[2])
{
printf("thread_4 ID = %lu\n", (unsigned long)self_id);
sprintf((char*)in_arg,"id_4 hahaha");
}else
{
pthread_exit(NULL);
}
pthread_exit((void*)in_arg);
}
int main(void)
{
int ret = -1, i = 0, return_thread_num = 0;
char *str_gru[3];
void *exit_arg = NULL;
pthread_attr_init(&attr_1);
pthread_attr_setscope(&attr_1, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM); /* 系统级线程 */
for(i = 0;i < 3;i++)
{
pthread_attr_init(&attr_2_3_4[i]);
pthread_attr_setscope(&attr_2_3_4[i], PTHREAD_SCOPE_PROCESS); /* 用户级线程 */
}
/* 创建线程 1 */
ret = pthread_create(&id_1, &attr_1, thread_1, NULL);
if(ret != 0)
{
/* perror 把一个描述性错误消息输出到标准错误 stderr, 调用"某些"函数出错时，该函数已经重新设置了errno 的值。perror 函数只是将你输入的一些信息和 errno 所对应的错误一起输出 */
perror("pthread1, pthread_create: ");
return -1;
}
/* 创建线程 2、3、4 */
for(i = 0;i < 3;i++)
{
str_gru[i] = (char*)malloc(sizeof(char) * 42 + i);
ret = pthread_create(&id_2_3_4[i], &attr_2_3_4[i], thread_2_3_4, (void *)str_gru[i]);
if(ret != 0)
{
perror("pthread 2 3 4, pthread_create: ");
return -1;
}
}
/* 等待所有线程结束，先等 线程 2、3、4 相继的、无顺序要求的 退出，再等 线程 1 退出 */
for(;;)
{
for(i = 0;i < 3;i++)
{
/* pthread_tryjoin_np 的 np 为不可移植，是gnu定的非POSIX标准的API，仅linux里面的编译器能用 */
if(pthread_tryjoin_np(id_2_3_4[i], &exit_arg) == 0)
{
printf("pthread : %lu exit with str: %s\n", (unsigned long)id_2_3_4[i], (char*)exit_arg);
free(str_gru[i]);
return_thread_num++;
}
}
if(return_thread_num >= 3) break;
}
pthread_join(id_1, NULL);
return 0;
}