Android C++系列：Linux线程线程原语

Posted 2022-03-26 轻口味丿

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1. 创建线程 pthread_create

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

Compile and link with -lpthread. 
typedef unsigned long int pthread_t;

• ​​pthread_t *thread​​:传递一个pthread_t变量地址进来，用于保存新线程的tid(线程ID)
• ​​const pthread_attr_t *attr​​:线程属性设置，如使用默认属性，则传NULL
• ​​void *(*start_routine) (void *)​​:函数指针，指向新线程应该加载执行的函数模块
• ​​ void *arg​​:指定线程将要加载调用的那个函数的参数 返回值:成功返回0，失败返回错误号。之前介绍的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变 量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno，但这是为了兼容其 它函数接口而提供的，pthread库本身并不使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。

在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后，当前线程从pthread_create() 返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针 start_routine 决 定。start_routine 函 数 接 收 一 个 参 数， 是 通 过 pthread_create 的 arg 参 数传递给它的，该参数的类型为​​void *​​，这个指针按什么类型解释由调用者自己定 义。start_routine的返回值类型也是​​void *​​，这个指针的含义同样由调用者自己定义。start_routine 返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值，类似于父进程调用wait(2)得到子进程的退出状态，下面会详细介绍pthread_join。
pthread_create成功返回后，新创建的线程的id被填写到thread参数所指向的内存单元。我们知道进程id的类型是pid_t，每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid(2) 可以获得当前进程的id，是一个正整数值。线程id的类型是thread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中thread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值， 也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印，调用 pthread_self(3)可以获得当前线程的id。
attr参数表示线程属性，我们不深入讨论线程属性，所有代码例子都传NULL给attr参数，表示线程属性取缺省值，感兴趣的朋友可以参考[APUE2e]。

2. pthread_self

获取调用线程tid

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

思考:pthread_self获得的tid和pthread_create函数里得到tid是否会出现不一致?
首先看一个简单的例子:

#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <pthread.h> 
#include <unistd.h>
pthread_t ntid;
void printids(const char *s) 
  pid_t pid; 
  pthread_t tid;
  pid = getpid();
  tid = pthread_self();
  printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\\n", s,    (unsigned int)pid,(unsigned int)tid,      (unsigned int)tid);

void *thr_fn(void *arg) 
  printids(arg);
  return NULL; 

int main(void) 
  int err;
  err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, "new thread: "); 
  if (err != 0) 
    fprintf(stderr, "cant create thread: %s\\n", strerror(err));
    exit(1); 

  printids("main thread:"); 
  sleep(1);
  return 0; 

由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror(3)打印错误信 息，可以先用strerror(3)把错误码转换成错误信息再打印。
如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止，由于从main函 数return也相当于调用exit，为了防止新创建的线程还没有得到执行就终止，我们在main函 数return之前延时1秒，这只是一种权宜之计，即使主线程等待1秒，内核也不一定会调度新 创建的线程执行，后面我们会看到更好的办法。

3. pthread_exit

调用线程退出函数，注意和exit函数的区别，任何线程里exit导致进程退出，其他线程 未工作结束，主控线程退出时不能return或exit。
需要注意，pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是 用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函 数已经退出了。

#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);

• ​​void *retval​​:线程退出时传递出的参数，可以是退出值或地址，如是地址时，不能是线程内部申请的局部地址。

4. pthread_join

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
pthread_t thread:回收线程的tid

• ​​void **retval​​:接收退出线程传递出的返回值
• 返回值:成功返回0，失败返回错误号

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下:

• 如果thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是thread线程函数的返 回值。
• 如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，retval所指向的单元里存 放的是常数PTHREAD_CANCELED。
• 如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，retval所指向的单元存放的是传给 pthread_exit的参数。
• 如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数。

5. pthread_cancel

在进程内某个线程可以取消另一个线程。

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);

被取消的线程，退出值，定义在Linux的pthread库中常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。 可以在头文件pthread.h中找到它的定义:

#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)

实例：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <pthread.h> 
#include <unistd.h>
void *thr_fn1(void *arg) 
  printf("thread 1 returning\\n");
  return (void *)1; 

void *thr_fn2(void *arg) 
  printf("thread 2 exiting\\n");
  pthread_exit((void *)2); 

void *thr_fn3(void *arg) 
  while(1) 
    printf("thread 3 writing\\n");
    sleep(1); 
  

int main(void) 
  pthread_t tid; 
  void *tret;
  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn1, NULL); pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 1 exit code %d\\n", (int)tret);
  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn2, NULL); pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 2 exit code %d\\n", (int)tret);
  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn3, NULL); sleep(3);
  pthread_cancel(tid);
  pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 3 exit code %d\\n", (int)tret);
  return 0; 

6. pthread_detach

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t tid);

pthread_t tid:分离线程tid 返回值:成功返回0，失败返回错误号。
一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取 它的状态为止。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收 它占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用 pthread_join，这样的调用将返回EINVAL。如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不 能再调用pthread_join了。
示例：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <pthread.h> 
#include <unistd.h> 
#include <string.h>
void *thr_fn(void *arg)

  int n = 3;
  while (n--) 
    printf("thread count %d\\n", n); 
    sleep(1);
  
  return (void *)1; 

int main(void) 
  pthread_t tid; 
  void *tret; 
  int err;
  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, NULL); //第一次运行时注释掉下面这行，第二次再打开，分析两次结果        
  pthread_detach(tid);
  while (1) 
    err = pthread_join(tid, &tret); 
    if (err != 0)
      fprintf(stderr, "thread %s\\n", strerror(err)); 
    else
      fprintf(stderr, "thread exit code %d\\n", (int)tret); 
    sleep(1);
  
  return 0; 

7. pthread_equal

比较两个线程是否相等

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

8. 总结

本文介绍了linux 线程相关的七个函数：创建线程pthread_create、pthread_self、pthread_exit、pthread_join、pthread_cancel、pthread_detach、pthread_equal。