多线程

C多线程

1 线程

1.1 创建线程

int pthread_create(pthread_t * tid, const pthread_attr_t * attr, void * ( * func) (void * ), void * arg);

• 创建进程成功返回1, 否则返回错误码
• pthread_t * tid: 带回线程id, pthread_t是一个无符号整数类型
• pthread_attr_t * attr: 指定线程属性, 如线程优先级/初始栈大小
• void * ( * func) (void * ): 多线程执行函数
• void * arg: 多线程函数的若干参数, 多个参数需要封装为结构体

1.2 结束线程

void pthread_exit (void *status);

• 结束线程, status指针存储结束后返回状态

1.3 等待线程

int pthread_join (pthread_t tid, void ** status);

• pthread_t tid: 等待线程的id
• void ** status: 等待线程的返回状态, 二重指针

1.4 其他相关函数

• pthread_t pthread_self (void);: 返回当前进程ID
• int pthread_detach (pthread_t tid);: 将指定线程转为分离状态. 若指定线程是分离状态，则如果线程退出，那么它所有的资源都将释放, 即回收资源; 如果线程不是分离状态,线程必须保留它的线程ID,退出状态, 直到其他线程对他调用的pthread_join()函数.

2 同步互斥

2.1 互斥锁

• pthread_mutex_t mutex: 互斥锁
• pthread_mutex_init(&mutex,NULL): 动态初始化互斥锁为解锁状态
• pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER: 静态初始化为解锁状态
• pthread_mutex_lock(&mutex): 访问临界区加锁操作
• pthread_mutex_unlock(&mutex): 访问临界区解锁操作
• pthread_mutex_destroy(&mutex): 销毁互斥锁

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,     
                    const pthread_mutexattr_t *restrict attr);       /*初始化互斥量*/
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);      /*销毁互斥量*/
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

2.2 信号量

• 适用于支持有限个线程的共享资源,

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t * sem);
int sem_destroy(sem_t * sem);

2.3 条件变量

• pthread_cond_wait()的工作原理如下
  • 阻塞等待条件变量cond满足
  • 解除已绑定的互斥锁(类似pthread_mutex_unlock)
  • 当线程被唤醒, pthread_cond_wait()返回时, 解除阻塞并重新绑定互斥锁(类似pthread_mutex_lock)
  • 重新绑定的原因是第三点不是原子操作, 防止其他运行态线程修改条件变量, 使得本线程拿到互斥锁后条件变量改变任然阻塞

#include <pthread.h>

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

// 阻塞等待条件变量cond, mutex为与当前线程绑定的互斥锁
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

// 制定了最长阻塞时长
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, 
                            const struct timespec *restrict abstime);

// 以广播形式唤醒所以阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

// 以信号形式唤醒一个阻塞在条件变量上的线程, 由调度策略决定线程唤醒顺序
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

C++ 多线程

• 头文件<thread>

• std::mutex: 互斥量, lock()成员函数加锁, unlock()成员函数解锁

• std::lock_guard: 作用域锁

• std::unique_lock: 独占锁, 手动加锁和解锁

• std::condition_variable: 条件变量

  std::condition_variable cv;
  std::mutex mtx;
  bool ready = false;
  
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
  cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待条件满足
  // 条件满足后执行

• std::atomi<>: 原子操作

• thread_local [type] [var]: 线程局部存储TLS