再探多线程

Posted 2022-11-30 神佑我调参侠

自己的见解

• 其实多线程并不是说几个任务一起执行，而是将一个cpu分割成几个时间片，然后几个线程去抢这些时间片，是没有顺序的
• 而且进程对应一个地址存储空间，而线程是多个线程对应这一个地址空间，但是对应的这个地址空间的信息，如代码，文件等都是共享的。进程包含线程。

线程函数

首先在使用这个多线程时，要先导入一个库

#include <pthread.h>

每个线程都是有自己的一个线程ID，类型为：pthread_t

创建线程

在创建线程的时候要指定一个处理函数，否则这个线程不能工作！

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

1. 线程ID
2. 线程属性，写NULL
3. 回调函数
4. 函数的实参
   看一下这个回调函数，类型是void * ，参数也是 void*。
   下面看个例子：

#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<iostream>

using namespace std;


void* callback(void* arg)

        for (int i=0;i<5;i++)
        
                cout<<"子线程：i = "<<i<<endl;
        
        cout<<"子线程：ID: "<<pthread_self()<<endl;



int main()

        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid,NULL,callback,NULL);
        for(int i=0;i<5;i++)
        
                 cout<<"主线程：i = "<<i<<endl;
        
        cout<<"子线程：ID: "<<pthread_self()<<endl;
        return 0;

下面是结果：

可以看到阿，主线程是都执行完成了，但是子线程并没有都执行完毕。而是每次运行的结果都不一样，这更说明是时间片靠抢的，但是每次都是主线程抢占先机，并且抢完后就终止了。
这时可以加一个sleep函数就可以解决(ง •̀_•́)ง

线程退出

这个api其实主要是对于主线程的，因为如果是子线程退出的话，主线程并不影响，而主线程用这个函数后，会先退出，但不会干扰其他的子线程。下面说说这个函数：

void pthread_exit(void *retval);

下面我们接着上面那个函数继续书写。

int main()

        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid,NULL,callback,NULL);
        cout<<"主线程：ID: "<<pthread_self()<<endl;
        pthread_exit(NULL);
        return 0;

如果在主线程退出后，子线程依旧运行完毕，那么我们的实验就成功了。下图说明成功了。

线程回收

作用就是：主线程回收子线程资源，但是这里面不是说全部资源，子线程的用户区的部分自动释放的，然后被其他线程接受，而内核区的部分是由主线程来回收的。

#include<pthread.h>
pthread_join(pthread_t thread,void **retval)

1. 这个函数在一定程度上是一个堵塞函数，因为要回收子线程的资源，所以是肯定要等待子线程结束的，如果子线程没有结束，那么就会一直等待！同时这个函数只会对应一个子线程。
2. 然后这里面还有一个细节：就是子线程运行结束的时候，其他子线程是不会接受到数据的，运行期间那就更不能传了（多线程不是一起执行），想要接收到就要做一些处理，应用pthread-exit（）这个函数，这个函数如果参数是子线程的地址就是有一个返回值的，返回的是一个地址，这个函数里面对应的第二个参数就是这个地址。如果没有参数或者参数是NULL的话，那么一般是在主线程中应用
3. 最后总结一下以上两个函数的关系即退出与堵塞，首先明白传递数据是要将这个子线程退出，然后将这个数据传出来，传出来的是地址，堵塞完毕后返回的地址，也就是说堵塞的函数的参数是二级地址。

下面看一个例子：

#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<iostream>

using namespace std;

struct Test

        int num;
        int age;
;

Test t;

void* callback(void* arg)

        for (int i=0;i<5;i++)
        
                cout<<"子线程：i = "<<i<<endl;
        
        cout<<"子线程：ID: "<<pthread_self()<<endl;
        t.num = 100;
        t.age = 6;

        pthread_exit(&t);
        return NULL;


int main()

        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid,NULL,callback,NULL);
        cout<<"主线程：ID: "<<pthread_self()<<endl;
        //pthread_exit(NULL);

        void* ptr;
        pthread_join(tid,&ptr);
        struct Test* pt = (struct Test*)ptr;
        cout<<"num= "<<pt->num<<"age= "<<pt->age<<endl;
        return 0;

简单说下这个函数：从主函数看起：先定义一个线程ID，然后创建线程，然后定义一个无类型指针ptr（虽然什么都可以接收，但是用的时候要强转），这时堵塞会等待子线程结束，子线程结束会返回一个结构体的地址，然后我们这里用ptr接收，

线程分离

这个很好理解，就是互不影响，但是感觉没什么用，最后还是得加一个exit的函数！

线程同步

这个就是我们真正能用到的了，就是防止多个子线程同时访问一个数据时起作用的。比如说上洗手间，两个人同时去的洗手间，但就一个洗手间嘛，这时就得一个个来嘛。

互斥锁

这里先说一下互斥锁的技术，通俗的讲就是，这个洗手间有一把锁，那么相对应的有一把钥匙，如果一个人去了洗手间，他把锁给锁上了，钥匙也同时在他手里，那么外面的人就得等它结束后，它用钥匙打开锁，然后外面的人才能进去，然后第二个人也可以上锁，并且由他自己解锁，这让同时访问就变成了有顺序的执行了。

下面看一个例子：

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

using namespace std;

#define MAX 50
int number;

pthread_mutex_t mutex;

void* func1(void *)

        for (int i=0;i<MAX;i++)
                pthread_mutex_lock(&mutex);
                int cur = number;
                cur++;
                usleep(10);
                number = cur;
                cout<<"Thread A: ID="<<pthread_self()<<" number="<<number<<endl;
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
        
        return NULL;


void* func2(void *)

        for (int i=0;i<MAX;i++)
                pthread_mutex_lock(&mutex);
                int cur = number;
                cur++;
                number = cur;
                cout<<"Thread B: ID="<<pthread_self()<<" number="<<number<<endl;
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                usleep(5);
        
        return NULL;


int main()
        pthread_t p1,p2;
        pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
        pthread_create(&p1,NULL,func1,NULL);
        pthread_create(&p2,NULL,func2,NULL);

        pthread_join(p1,NULL);
        pthread_join(p2,NULL);
        pthread_mutex_destroy(&mutex);
        return 0;

可以看到是A线程先执行完，然后在B线程在执行的，然后说一下这里面的一些函数及其用法：

1. 首先要先定义这把锁，要在全局变量中定义
   pthread_mutex_t mutex
2. 然后就是上锁,这里面需要注意的就是要找到那个共同应用的东西，这里的是number，然后在number的上下分别上锁和开锁pthread_mutex_lock(&mutex) XXXX pthread_mutex_unlock(&mutex)
3. 最后就是初始化这个锁，并且在最后释放这个锁，这个初始化一定要在子线程使用的前面，并且释放要在最后面pthread_mutex_init(&mutex,NULL); pthread_mutex_destory(&mutex);

读写锁

其实读写锁本质上和互斥锁差不多的，也是一把锁，但是这把锁有两个形态而已，其实理解了上面那个，这个也应该很好理解，我们直接上案例：

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

using namespace std;

#define MAX 50
int number;

pthread_rwlock_t rwlock;

void* func1(void *)

        for (int i=0;i<MAX;i++)
                pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
                cout<<"Thread read: ID="<<pthread_self()<<" number="<<number<<endl;
                pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
                usleep(rand()%5);
        
        return NULL;


void* func2(void *)

        for (int i=0;i<MAX;i++)
                pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
                int cur = number;
                cur++;
                number = cur;
                cout<<"Thread B: ID="<<pthread_self()<<" number="<<number<<endl;
                pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        
        return NULL;


int main()
        pthread_t p1[5],p2[3];
        pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
        for (int i=0;i<5;i++)
                pthread_create(&p1[i],NULL,func1,NULL);
        
        for (int i=0;i<3;i++)
                pthread_create(&p2[i],NULL,func2,NULL);
        
        
        for (int i=0;i<5;i++)
                pthread_join(p1[i],NULL);
        
        for (int i=0;i<3;i++)
                pthread_join(p2[i],NULL);
        
        
        pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
        return 0;

条件变量（生产者，消费者模型）

条件变量与互斥锁联合使用

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

using namespace std;

pthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;

struct Node

        int number;
        struct Node* next;
;

Node* head = NULL;

void* producer(void *)

        while(1)
                pthread_mutex_lock(&mutex);
                Node* new_node = (struct  Node*) malloc(sizeof(struct Node));
                new_node->number = rand()%1000;
                new_node->next = head;
                head = new_node;
                cout<<"生产者id："<<pthread_self()<<"number: "<<new_node->number<<endl;;
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                pthread_cond_broadcast(&cond);
                sleep(rand()%3);
        
        return NULL;


void* consumer(void *)

        while(1)
        
                pthread_mutex_lock(&mutex);
                while(head == NULL)
                        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
                
                struct Node* node = head;
                cout<<"消费者id："<<pthread_self()<<"number: "<<node->number<<endl;
                head = head->next;
                free(node);
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                sleep(rand()%3);
        
        return NULL;


int main()
        pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
        pthread_cond_init(&cond,NULL);
        
        pthread_t t1[5],t2[5];
        for(int i=0;i<5;i++)
                pthread_create(&t1[i],NULL,producer,NULL);
        
        for(int i=0;i<5;i++)
                pthread_create(&t2[i],NULL,consumer,NULL);
        

        for(int i=0;i<5;i++)
                pthread_join(t1[i],NULL);
        
        for(int i=0;i<5;i++)
                pthread_join(t2[i],NULL);
        
        pthread_mutex_destroy(&mutex);
        pthread_cond_destroy(&cond);
        return 0;

这个例子非常好，把这个搞懂了的话就可以应用了，这里面应用到了一个核心的东西就是生产消费者模型，然后这也是我首次接触到数据结构的应用，说实在的大现在我还是不太懂链表的应用，其实我概念还是很理解的，但是如何应用就是另一件事了，而像一些条件变量的应用我说实在的并不难的，因为这个和我当时的想法就差不多，但是没有加数据结构嘛，这里先说一下链表操作的那个地方：

先创建一个节点的结构体，然后定义一个头的地址为NULL;然后使用时先开辟一个节点的空间，然后写入数据，这里注意一下，有个操作是交换地址，这个操作可能是最难理解的，先是该节点链接的节点地址指向链表头的地址，然后将该节点的地址给到head，之后在新建一个节点～～~~

后面的内容等我用到在更新，现在学得足够我看懂相机文件的代码了。