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1.线程的概念 线程是进程内部的一条执行序列或执行路径#xff0c;一个进程可以包含多条线程。 2.线程的三种实现方式 ◼ 内核级线程#xff1a;由内核创建#xff0c;创建开销大#xff0c;内核能感知到线程的存在 ◼ 用户级线程#xff1a;线程的创建有用户空…一.线程
1.线程的概念 线程是进程内部的一条执行序列或执行路径一个进程可以包含多条线程。 2.线程的三种实现方式 ◼ 内核级线程由内核创建创建开销大内核能感知到线程的存在 ◼ 用户级线程线程的创建有用户空间的线程库完成内核不知道线程的存在 ◼ 组合级线程兼顾以上两者的优点 区别两个处理器用户级线程在内核上无法并行处理只能交替执行内核级可以同时执行组合技在不同的空间采用不同的处理方式 线程同步的方法信号量互斥锁条件变量读写锁 Ps -elf 查看线程ID Linux 中线程的实现 Linux 实现线程的机制非常独特。从内核的角度来说它并没有线程这个概念。Linux 把 所有的线程都当做进程来实现。内核并没有准备特别的调度算法或是定义特别的数据结构来 表征线程。相反线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。每个线程都拥有唯 一隶属于自己的 task_struct所以在内核中它看起来就像是一个普通的进程只是线程和 其他一些进程共享某些资源如地址空间。 3.进程与线程的区别 ◼ 进程是资源分配的最小单位线程是 CPU 调度的最小单位 ◼ 进程有自己的独立地址空间线程共享进程中的地址空间 ◼ 进程的创建消耗资源大线程的创建相对较小 ◼ 进程的切换开销大线程的切换开销相对较小 二.线程使用 1.线程库 #include pthread.h/*pthread_create()用于创建线程thread 接收创建的线程的 IDattr 指定线程的属性start_routine 指定线程函数arg 给线程函数传递的参数成功返回 0 失败返回错误码*/int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);13./*pthread_exit()退出线程retval指定退出信息*/int pthread_exit(void *retval);/*pthread_join()等待 thread 指定的线程退出线程未退出时该方法阻塞retval接收 thread 线程退出时指定的退出信息
*/int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 多线程代码 #include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include assert.h
#include unistd.h
#include pthread.hvoid * pthread_fun(void *arg){int i 0;for(; i 5; i){sleep(1);printf(fun thread running\n);}pthread_exit(fun over);}int main(){pthread_t tid;int res pthread_create(tid, NULL, pthread_fun, NULL);assert(res 0);int i 0;for(; i 5; i){sleep(1);printf(main thread running\n);}char *s NULL;pthread_join(tid, (void **)s);printf(s %s\n, s);exit(0);} 三.线程同步 线程同步指的是当一个线程在对某个临界资源进行操作时其他线程都不可以对这个资 源进行操作直到该线程完成操作其他线程才能操作也就是协同步调让线程按预定的 先后次序进行运行。 线程同步的方法有四种互斥锁、信号量、条件变量、读写锁。 1.互斥锁 #include pthread.hint pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr);//初始化锁int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);//上锁其他线程无法使用int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//开锁int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);//销毁锁 为什么线程需要同步和互斥的操作 因为线程引入共享了进程的地址空间导致了一个线程操作数据时候极其容易影响到其他线程的情况对其他线程造成不可控因素或引起异常逻辑结果不正确的情况这也是线程不安全的原因 重点概念 示例代码如下主线程和函数线程模拟访问打印机主线程输出第一个字符‘a’表示开 始使用打印机输出第二个字符‘a’表示结束使用函数线程操作与主线程相同。由于打 印机同一时刻只能被一个线程使用所以输出结果不应该出现 abab #includestdio.h
#includestdlib.h
#includestring.h
#includeunistd.h
#includepthread.h
#includesemaphore.h//sem_t sem;
pthread_mutex_t mutex;
void* fun1(void* arg)
{for(int i0;i5;i){//sem_wait(sem);pthread_mutex_lock(mutex);printf(A);fflush(stdout);int nrand()%3;sleep(n);printf(A);fflush(stdout);//sem_post(sem);pthread_mutex_unlock(mutex);nrand()%3;sleep(n);}
}
void* fun2(void* arg)
{for(int i0;i5;i){//sem_wait(sem);pthread_mutex_lock(mutex);printf(B);fflush(stdout);int nrand()%3;sleep(n);printf(B);fflush(stdout);//sem_post(sem);pthread_mutex_unlock(mutex);nrand()%3;sleep(n);}}
int main()
{//sem_init(sem,0,1);pthread_mutex_init(mutex,NULL);pthread_t id1,id2;pthread_create(id1,NULL,fun1,NULL);pthread_create(id2,NULL,fun2,NULL);pthread_join(id1,NULL);pthread_join(id2,NULL);//sem_destroy(sem);pthread_mutex_destroy(mutex);exit(0);
} 2.信号量 #include stdio.h
#include stdlib.h
#include assert.h
#include string.h
#include unistd.h
#include pthread.h
#include semaphore.h
#include fcntl.hchar buff[128] {0};sem_t sem1;sem_t sem2;void* PthreadFun(void *arg)
{int fd open(a.txt, O_RDWR | O_CREAT, 0664);assert(fd ! -1);//函数线程完成将用户输入的数据存储到文件中while(1){sem_wait(sem2);if(strncmp(buff, end, 3) 0){break;}write(fd, buff, strlen(buff));memset(buff, 0, 128);sem_post(sem1);}sem_destroy(sem1);sem_destroy(sem2);}int main(){sem_init(sem1, 0, 1);sem_init(sem2, 0, 0);pthread_t id;int res pthread_create(id, NULL, PthreadFun, NULL);assert(res 0);//主线程完成获取用户数据的数据并存储在全局数组 buff 中while(1){sem_wait(sem1);printf(please input data: );fflush(stdout);fgets(buff, 128, stdin);buff[strlen(buff) - 1] 0;sem_post(sem2);if(strncmp(buff, end, 3) 0){break;}}pthread_exit(NULL);} 3.条件变量 条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。 主要包括两个动作一个线程等待”条件变量的条件成立”而挂起另一个线程使”条件成立”给出条件成立信号。 为了防止竞争条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。 条件变量类型为 pthread_cond_t。 条件变量接口 pthread_cond_init() //初始化
pthread_cond_wait() //等待将信息存入并等待达到唤醒条件
pthread_cond_signal() //只唤醒一个
pthread_cond_broadcast() //唤醒所以有的线程 条件变量有什么用 使用条件变量可以以原子方式阻塞线程直到某个特定条件为真为止。条件变量始终与互斥锁一起使用对条件的测试是在互斥锁互斥的保护下进行的。 如果条件为假线程通常会基于条件变量阻塞并以原子方式释放等待条件变化的互斥锁。 #include stdio.h
#include string.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include pthread.hpthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;
void* funa(void* arg)
{char* s (char*)arg;while(1){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_wait(cond,mutex);//添加到条件变量的等待队列,阻塞pthread_mutex_unlock(mutex);if(strncmp(s,end,3)0){break;}printf(funa:%s\n,s);}
}
void* funb(void* arg)
{char* s (char*)arg;while(1){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_wait(cond,mutex);//添加到条件变量的等待队列,阻塞pthread_mutex_unlock(mutex);if(strncmp(s,end,3)0){break;}printf(funb:%s\n,s);}}
int main()
{pthread_mutex_init(mutex,NULL);pthread_cond_init(cond,NULL);pthread_t id1,id2;char buff[128]{0};pthread_create(id1,NULL,funa,buff);pthread_create(id2,NULL,funb,buff);while(1){char tmp[128]{0};fgets(tmp,128,stdin);strcpy(buff,tmp);if(strncmp(tmp,end,3)0){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_broadcast(cond);//唤醒所有线程pthread_mutex_unlock(mutex);break;}else{pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_signal(cond);//唤醒一个pthread_mutex_unlock(mutex);}}pthread_join(id1,NULL);pthread_join(id2,NULL);pthread_mutex_destroy(mutex);pthread_cond_destroy(cond);exit(0);
} 4.读写锁 读写锁是一对锁分为读锁和写锁允许多个线程同时获取读写锁但再通过一时间只允许一个线程获得写锁或者可以由多个线程获得读锁 接口 #include pthread.hint pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, pthread_rwlockattr_t *attr);int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); 代码示例 #includestdio.h
#includestdlib.h
#includestring.h
#includeunistd.h
#includepthread.hpthread_rwlock_t lock;void* fun_r1(void* arg)
{for(int i0;i10;i){pthread_rwlock_rdlock(lock);printf(fun r1 start\n);int nrand()%3;sleep(n);printf(fun r1 end\n);pthread_rwlock_unlock(lock);nrand()%3;sleep(n);}
}void* fun_r2(void* arg)
{for(int i0;i10;i){pthread_rwlock_rdlock(lock);printf(fun r2 start\n);int nrand()%3;sleep(n);printf(fun r2 end\n);pthread_rwlock_unlock(lock);nrand()%3;sleep(n);}}void* fun_w(void* arg)
{for(int i0;i10;i){pthread_rwlock_wrlock(lock);printf( fun w start\n);int nrand()%3;sleep(n);printf( fun w end\n);pthread_rwlock_wrlock(lock);n rand()%3;sleep(n);}
}int main()
{pthread_rwlock_init(lock,NULL);pthread_t id1,id2,id3;pthread_create(id1,NULL,fun_r1,NULL);pthread_create(id2,NULL,fun_r2,NULL);pthread_create(id3,NULL,fun_w,NULL);pthread_join(id1,NULL);pthread_join(id2,NULL);pthread_join(id3,NULL);pthread_rwlock_destroy(lock);exit(0);
}
