CC++ Linux下多线程编程 #include <pthread.h>

    xiaoxiao2021-03-25  93

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    1.最基础,进程同时创建5个线程,各自调用同一个函数

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5 //线程数      void* say_hello( void* args )   {       cout << "hello..." << endl;   } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, NULL ); //参数:创建的线程id,线程参数,线程运行函数的起始地址,运行函数的参数           if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0           {               cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;           }       }       pthread_exit( NULL ); //等待各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束,线程处于未终止的状态   }   输入命令:g++ -o muti_thread_test_1 muti_thread_test_1.cpp -lpthread

    注意:

    1)此为c++程序,故用g++来编译生成可执行文件,并且要调用处理多线程操作相关的静态链接库文件pthread。

    2)-lpthread 编译选项到位置可任意,如g++ -lpthread -o muti_thread_test_1 muti_thread_test_1.cpp

    3)注意gcc和g++的区别,转到此文:点击打开链接

    测试结果:

    [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_1   hello...hello...   hello...   hello...      hello...   [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_1   hello...hello...hello...      hello...   hello...  

    可知,两次运行的结果会有差别,这不是多线程的特点吧?这显然没有同步?还有待进一步探索...

    2.线程调用到函数在一个类中,那必须将该函数声明为静态函数函数

    因为静态成员函数属于静态全局区,线程可以共享这个区域,故可以各自调用。

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h>      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5      class Hello   {   public:       static void* say_hello( void* args )       {           cout << "hello..." << endl;       }   };      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS];       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, Hello::say_hello, NULL );           if( ret != 0 )           {               cout << "pthread_create error:error_code" << ret << endl;           }       }       pthread_exit( NULL );   }  

    测试结果:

    [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_2   hello...   hello...   hello...   hello...   hello...   [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_2   hello...hello...hello...         hello...   hello...  

    两次运行的结果会有差别,这显然没有同步!

    3.如何在线程调用函数时传入参数呢?

    先看下面修改的代码,传入线程编号作为参数:

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5 //线程数      void* say_hello( void* args )   {       int i = *( (int*)args ); //对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针转变为整形指针,再用*读取其指向到内容       cout << "hello in " << i <<  endl;   } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id       cout << "hello in main.." << endl;       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, (void*)&i ); //传入到参数必须强转为void*类型,即无类型指针,&i表示取i的地址,即指向i的指针           cout << "Current pthread id = " << tids[i] << endl; //用tids数组打印创建的进程id信息           if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0           {               cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;           }       }       pthread_exit( NULL ); //等待各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束,线程处于未终止的状态   }   测试结果: [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_3   hello in main..   Current pthread id = 3078458224   Current pthread id = 3070065520   hello in hello in 2   1   Current pthread id = hello in 2   3061672816   Current pthread id = 3053280112   hello in 4   Current pthread id = hello in 4   3044887408   显然不是想要的结果,调用顺序很乱,这是为什么呢?

    这是因为多线程到缘故,主进程还没开始对i赋值,线程已经开始跑了...?

    修改代码如下:

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5 //线程数      void* say_hello( void* args )   {       cout << "hello in thread " << *( (int *)args ) <<  endl;   } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id       int indexes[NUM_THREADS]; //用来保存i的值避免被修改          for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           indexes[i] = i;           int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, (void*)&(indexes[i]) );           if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0           {               cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;           }       }       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )           pthread_join( tids[i], NULL ); //pthread_join用来等待一个线程的结束,是一个线程阻塞的函数   }   测试结果:

    [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_3   hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread 30124  

    这是正常的吗?感觉还是有问题...待续

    代码中如果没有pthread_join主线程会很快结束从而使整个进程结束,从而使创建的线程没有机会开始执行就结束了。加入pthread_join后,主线程会一直等待直到等待的线程结束自己才结束,使创建的线程有机会执行

    4.线程创建时属性参数的设置pthread_attr_t及join功能的使用

    线程的属性由结构体pthread_attr_t进行管理。

    typedef struct {     int                           detachstate;     线程的分离状态     int                          schedpolicy;   线程调度策略     struct sched_param      schedparam;   线程的调度参数     int inheritsched; 线程的继承性      int scope; 线程的作用域      size_t guardsize; 线程栈末尾的警戒缓冲区大小      int stackaddr_set; void * stackaddr; 线程栈的位置      size_t stacksize; 线程栈的大小 }pthread_attr_t;

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h>      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5      void* say_hello( void* args )   {       cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;       int status = 10 + *(( int * )args); //线程退出时添加退出的信息,status供主程序提取该线程的结束信息       pthread_exit( ( void* )status );    }      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS];       int indexes[NUM_THREADS];              pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数       pthread_attr_init( &attr ); //初始化       pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           indexes[i] = i;           int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) );           if( ret != 0 )           {           cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;       }       }        pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存        void *status;       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {       int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status       if( ret != 0 )       {           cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;       }       else       {           cout << "pthread_join get status:" << (long)status << endl;       }       }   }   测试结果:

    [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_4   hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread 0hello in thread 321            4   pthread_join get status:10   pthread_join get status:11   pthread_join get status:12   pthread_join get status:13   pthread_join get status:14   5.互斥锁的实现 互斥锁是实现线程同步的一种机制,只要在临界区前后对资源加锁就能阻塞其他进程的访问。

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h>      using namespace std;      #define NUM_THREADS 5      int sum = 0; //定义全局变量,让所有线程同时写,这样就需要锁机制   pthread_mutex_t sum_mutex; //互斥锁      void* say_hello( void* args )   {       cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;       pthread_mutex_lock( &sum_mutex ); //先加锁,再修改sum的值,锁被占用就阻塞,直到拿到锁再修改sum;       cout << "before sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;       sum += *( ( int* )args );       cout << "after sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;       pthread_mutex_unlock( &sum_mutex ); //释放锁,供其他线程使用       pthread_exit( 0 );    }      int main()   {       pthread_t tids[NUM_THREADS];       int indexes[NUM_THREADS];              pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数       pthread_attr_init( &attr ); //初始化       pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能       pthread_mutex_init( &sum_mutex, NULL ); //对锁进行初始化              for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {           indexes[i] = i;           int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) ); //5个进程同时去修改sum           if( ret != 0 )           {           cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;       }       }        pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存        void *status;       for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )       {       int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status       if( ret != 0 )       {           cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;       }       }       cout << "finally sum is " << sum << endl;       pthread_mutex_destroy( &sum_mutex ); //注销锁   }   测试结果: [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_5   hello in thread hello in thread hello in thread 410   before sum is hello in thread 0 in thread 4   after sum is 4 in thread 4hello in thread          2   3   before sum is 4 in thread 1   after sum is 5 in thread 1   before sum is 5 in thread 0   after sum is 5 in thread 0   before sum is 5 in thread 2   after sum is 7 in thread 2   before sum is 7 in thread 3   after sum is 10 in thread 3   finally sum is 10   可知,sum的访问和修改顺序是正常的,这就达到了多线程的目的了,但是线程的运行顺序是混乱的,混乱就是正常?

    6.信号量的实现 信号量是线程同步的另一种实现机制,信号量的操作有signal和wait,本例子采用条件信号变量pthread_cond_t tasks_cond; 信号量的实现也要给予锁机制。

    [html]  view plain  copy #include <iostream>   #include <pthread.h>   #include <stdio.h>      using namespace std;      #define BOUNDARY 5      int tasks = 10;   pthread_mutex_t tasks_mutex; //互斥锁   pthread_cond_t tasks_cond; //条件信号变量,处理两个线程间的条件关系,当task>5,hello2处理,反之hello1处理,直到task减为0      void* say_hello2( void* args )   {       pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id       cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;              bool is_signaled = false; //sign       while(1)       {       pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁       if( tasks > BOUNDARY )       {           cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;           --tasks; //modify       }       else if( !is_signaled )       {           cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;           pthread_cond_signal( &tasks_cond ); //signal:向hello1发送信号,表明已经>5           is_signaled = true; //表明信号已发送,退出此线程       }       pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁       if( tasks == 0 )           break;       }       }      void* say_hello1( void* args )   {       pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id       cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;          while(1)       {           pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁           if( tasks > BOUNDARY )           {           cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;           pthread_cond_wait( &tasks_cond, &tasks_mutex ); //wait:等待信号量生效,接收到信号,向hello2发出信号,跳出wait,执行后续            }           else           {           cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;               --tasks;       }           pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁           if( tasks == 0 )               break;       }    }         int main()   {       pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数       pthread_attr_init( &attr ); //初始化       pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能       pthread_cond_init( &tasks_cond, NULL ); //初始化条件信号量       pthread_mutex_init( &tasks_mutex, NULL ); //初始化互斥量       pthread_t tid1, tid2; //保存两个线程id       int index1 = 1;       int ret = pthread_create( &tid1, &attr, say_hello1, ( void* )&index1 );       if( ret != 0 )       {           cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;       }       int index2 = 2;       ret = pthread_create( &tid2, &attr, say_hello2, ( void* )&index2 );       if( ret != 0 )       {           cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;       }       pthread_join( tid1, NULL ); //连接两个线程       pthread_join( tid2, NULL );           pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存        pthread_mutex_destroy( &tasks_mutex ); //注销锁       pthread_cond_destroy( &tasks_cond ); //正常退出   }   测试结果: 先在线程2中执行say_hello2,再跳转到线程1中执行say_hello1,直到tasks减到0为止。

    [html]  view plain  copy wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_6   [3069823856] hello in thread 2   [3078216560] hello in thread 1[3069823856] take task: 10 in thread 2      [3069823856] take task: 9 in thread 2   [3069823856] take task: 8 in thread 2   [3069823856] take task: 7 in thread 2   [3069823856] take task: 6 in thread 2   [3069823856] pthread_cond_signal in thread 2   [3078216560] take task: 5 in thread 1   [3078216560] take task: 4 in thread 1   [3078216560] take task: 3 in thread 1   [3078216560] take task: 2 in thread 1   [3078216560] take task: 1 in thread 1   到此,对多线程编程有了一个初步的了解,当然还有其他实现线程同步的机制,有待进一步探索。
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