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Linux:43线程封装与互斥lesson31

news 来源：原创 2025/5/13 18:01:29

mmap文件映射视屏：待看...

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线程栈

代码证明：一个线程的数据，其他线程也可以访问

线程封装

简单封装,2.thread

Thread.hpp

Main.cc

 Makefile

结果：

​编辑

问题1：

问题2： lamba表达式

模版封装 3.thread_template

Thread.hpp

Main.cc

 Makefile

结果

​编辑

 线程局部存储4threadlocal

test.cc

Makefile

结果： 

添加：__thread

结果：

pthread_setname_np:设置线程的名字。

pthread_getname_np:用于获取线程的名称。

用2.thread进行修改 

 同步和互斥

5.mutex代码，加锁和解锁，见一下

线程栈

• 对于Linux进程或者说主线程，简单理解就是main函数的栈空间，在fork的时候，实际上就是复 制了⽗亲的 stack 空间地址，然后写时拷⻉(cow)以及动态增⻓。如果扩充超出该上限则栈溢出 会报段错误（发送段错误信号给该进程）。进程栈是唯⼀可以访问未映射⻚⽽不⼀定会发⽣段错 误⸺⸺超出扩充上限才报。

• 然⽽对于主线程⽣成的⼦线程⽽⾔，其 stack 将不再是向下⽣⻓的，⽽是事先固定下来的。线 程栈⼀般是调⽤glibc/uclibc等的 pthread 库接 pthread_create 创建的线程，在⽂件映 射区（或称之为共享区）。其中使⽤ mmap 系统调⽤，这个可以从 glibc 的

nptl/allocatestack.c 中的 allocate_stack 函数中看到：

mem = mmap (NULL, size, prot, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_STACK, -1, 0);

此调⽤中的 size 参数的获取很是复杂，你可以⼿⼯传⼊stack的⼤⼩，也可以使⽤默认的，⼀般⽽ ⾔就是默认的 8M 。这些都不重要，重要的是，这种stack不能动态增⻓，⼀旦⽤尽就没了，这是和 ⽣成进程的fork不同的地⽅。在glibc中通过mmap得到了stack之后，底层将调⽤ sys_clone 系 统调⽤：

对于⼦线程的 stack ，它其实是在进程的地址空间中map出来的⼀块内存区域，原则上是 线程私有的，但是同⼀个进程的所有线程⽣成的时候，是会浅拷⻉⽣成者的 task_struct 的很多 字段，如果愿意，其它线程也还是可以访问到的，于是⼀定要注意。

 每个线程都有自己的栈结构：

独立的上下文：有独立的PCB+TCP（用户层，pthread库内部）

独立的栈：每个线程都有自己的栈结构,要么是进程自己的要么是库中创建进程时mmap申请出来的。

结论：一个线程的数据，其他线程也可以访问：只要拿到对应的地址即可。

代码证明：一个线程的数据，其他线程也可以访问

//证明：一个线程的数据，其他线程也可以访问：只要拿到对应的地址即可。
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>int *p = nullptr;void *threadrun(void *args){int a = 123;p = &a;while(true) {sleep(1);}}int main(){pthread_t tid;pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, nullptr);while(true){std::cout << "*p : " << *p << std::endl;sleep(1);}pthread_join(tid, nullptr);return 0;}

线程封装

线程ID:就是动态库。

线程的封装

以面向对象的形式把线程进行封装

计数器：进程编号： static uint32_t number = 0;

_name:线程名字
_tid:tid
_isdetach：是否被分分离。
_isrunning:是否正在运行，是否调用Start()

Start()线程开始/创建：
--创建线程，pthread_creat
--如果分离，那么就设置线程分离,pthreaddetach

EnableDetach()：
是否分离。

Detach():
如果一个线程已经跑起来了，要把它设置为分离状态，用detach()

Enablerunning():
是否已经运行

Stop():停止进程
pthread_cancle
是运行状态才可以stop(),

Join():
如果是分离的那么就不可以Join()

Routine(),写在在public会报错，
因为Routine属于类内的成员函数，默认包含this指针？？？


_func()回调方法，static没有this指针 ，无法回调房钱成员，
解决：把thos指针传入Routine

简单封装,2.thread

Thread.hpp

#ifndef _THREAD_H_
#define _THREAD_H_
//一个头文件保护机制，防止头文件被重复包含
#include <iostream>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <functional>namespace ThreadModlue{static uint32_t number = 1;class Thread{using func_t = std::function<void()>;// 添加模版的前身private:void Enabledetach(){std::cout<<"线程被分离了"<<std::endl;_isdetach = true;}void Enablerunning(){std::cout<<"线程正在运行"<<std::endl;_isrunning = true;}static void* Routine(void*args){//static，没有默认指针，需要在线程创建的时候，通过args传回this指针Thread* self = static_cast<Thread*>(args);//强转成Thread*类型self->Enablerunning();if(self->_isdetach){self->Enabledetach();}self->_func();//调用函数要加上()括号才可以调用return nullptr;}public:Thread(func_t func):_tid(0),_isdetach(false),_isrunning(false),_res(nullptr),_func(func){_name = "thread - " + std::to_string(number++);}void Detach(){if(_isdetach)return;if(_isrunning){pthread_detach(_tid);std::cout<<"线程分离成功"<<std::endl;Enabledetach();}}bool Start(){if(_isrunning)return false;//线程正在运行，不可再次启动int n = pthread_create(&_tid,nullptr,Routine,this);if( n != 0 ){std::cerr<<"创建线程错误"<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{std::cout<<"线程创建成功："<<_name<<std::endl;return true;}}bool Stop(){if(_isrunning){int n = pthread_cancel(_tid);if(n != 0){std::cerr<<"线程停止错误："<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{_isrunning = false;std::cout<<"线程停止："<<_name<<std::endl;return true;}}}void Join(){if(_isdetach){std::cout<<"已经被分离的线程无法join"<<std::endl;return;}int n = pthread_join(_tid,&_res);if(n != 0){std::cerr<<"线程join错误:"<<strerror(n)<<std::endl;}else{std::cout << "线程join成功" << std::endl;}}private:pthread_t _tid;bool _isdetach;bool _isrunning;std::string _name;void* _res;func_t _func;};
}
#endif

Main.cc

#include "Thread.hpp"
#include <unistd.h>
#include <vector>using namespace ThreadModlue;int main(){Thread t([](){while(true){std::cout << "我是一个新线程: "<< std::endl; // 我的线程的名字是什么呀？debugsleep(1);}});t.Start();t.Detach();sleep(2);t.Stop();sleep(2);t.Join();return 0;
}

 Makefile

test_thread:Main.ccg++ -o $@ $^ -lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f test_thread

结果：

问题1：

在实现线程的封装过程中，Routine(),写在在public会报错，
因为Routine属于类内的成员函数，默认包含this指针？？？
这句话怎么理解 ？？？

static void* Routine(void*args){
//static，没有默认指针，需要在线程创建的时候，通过args传回this指针Thread* self = static_cast<Thread*>(args);//强转成Thread*类型self->Enablerunning();if(self->_isdetach){self->Enabledetach();}self->_func();//调用函数要加上()括号才可以调用return nullptr;}

pthread_create调用Routine函数，但是Routine没有默认的this指针，

那么就需要在pthread_create的第四个传入Routine的参数传入this指针作为参数才可以

问题2： lamba表达式

 Thread t([](){while(true){std::cout << "我是一个新线程: "<< std::endl; // 我的线程的名字是什么呀？debugsleep(1);}});

模版封装 3.thread_template

Thread.hpp

#ifndef _THREAD_H_
#define _THREAD_H_
//一个头文件保护机制，防止头文件被重复包含
#include <iostream>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <functional>namespace ThreadModlue{static uint32_t number = 1;template<typename T>//这里设置模版类型class Thread{using func_t = std::function<void(T)>;// 添加模版的前身 + 模版添加需要传参数！！！private:void Enabledetach(){std::cout<<"线程被分离了"<<std::endl;_isdetach = true;}void Enablerunning(){std::cout<<"线程正在运行"<<std::endl;_isrunning = true;}static void* Routine(void*args){//static，没有默认指针，需要在线程创建的时候，通过args传回this指针Thread<T>* self = static_cast<Thread<T>*>(args);//强转成Thread<T*>类型，self->Enablerunning();if(self->_isdetach){self->Enabledetach();}self->_func(self->_data);//调用函数要加上()括号才可以调用return nullptr;}public:Thread(func_t func,T data)//传参 T data:_tid(0),_isdetach(false),_isrunning(false),_res(nullptr),_func(func),_data(data)//初始化参数{_name = "thread - " + std::to_string(number++);}void Detach(){if(_isdetach)return;if(_isrunning){pthread_detach(_tid);std::cout<<"线程分离成功"<<std::endl;Enabledetach();}}bool Start(){if(_isrunning)return false;//线程正在运行，不可再次启动int n = pthread_create(&_tid,nullptr,Routine,this);if( n != 0 ){std::cerr<<"创建线程错误"<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{std::cout<<"线程创建成功："<<_name<<std::endl;return true;}}bool Stop(){if(_isrunning){int n = pthread_cancel(_tid);if(n != 0){std::cerr<<"线程停止错误："<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{_isrunning = false;std::cout<<"线程停止："<<_name<<std::endl;return true;}}}void Join(){if(_isdetach){std::cout<<"已经被分离的线程无法join"<<std::endl;return;}int n = pthread_join(_tid,&_res);if(n != 0){std::cerr<<"线程join错误:"<<strerror(n)<<std::endl;}else{std::cout << "线程join成功" << std::endl;}}~Thread(){}private:pthread_t _tid;bool _isdetach;bool _isrunning;std::string _name;void* _res;func_t _func;T _data;};
}
#endif

Main.cc

#include "Thread.hpp"
#include <unistd.h>using namespace ThreadModlue;// 我们可以传递对象吗？？？
class ThreadData
{
public:pthread_t tid;std::string name;
};void Count(ThreadData td)
{while (true){std::cout << "我是一个新线程" << std::endl;sleep(1);}
}int main()
{ThreadData td;Thread<ThreadData> t(Count, td);t.Start();sleep(5);t.Stop();t.Join();return 0;
}

 Makefile

test_thread:Main.ccg++ -o $@ $^ -lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f test_thread

结果

 线程局部存储4threadlocal

test.cc

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>// 该count叫做线程的局部存储！
int count = 1;
// 线程局部存储有什么用？全局变量，我又不想让这个全局变量被其他线程看到！
// 线程局部存储，只能存储内置类型和部分指针std::string Addr(int &c)
{char addr[64];snprintf(addr, sizeof(addr), "%p", &c);return addr;
}void *routine1(void *args)
{(void)args;while (true){std::cout << "thread - 1, count = " << count << "[我来修改count], "<< "&count: " << Addr(count) << std::endl;count++;sleep(1);}
}void *routine2(void *args)
{(void)args;while (true){std::cout << "thread - 2, count = " << count<< ", &count: " << Addr(count) << std::endl;sleep(1);}
}int main()
{pthread_t tid1, tid2;pthread_create(&tid1, nullptr, routine1, nullptr);pthread_create(&tid2, nullptr, routine2, nullptr);pthread_join(tid1, nullptr);pthread_join(tid2, nullptr);return 0;
}

Makefile

test_thread:test.ccg++ -o $@ $^ -lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f test_thread

结果： 

全局变量被两个线程共享 ，线程1修改全局变量count，线程2也可以看得到

添加：__thread

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>// 该count叫做线程的局部存储！
__thread int count = 1;
// 线程局部存储有什么用？全局变量，我又不想让这个全局变量被其他线程看到！
// 线程局部存储，只能存储内置类型和部分指针std::string Addr(int &c)
{char addr[64];snprintf(addr, sizeof(addr), "%p", &c);return addr;
}void *routine1(void *args)
{(void)args;while (true){std::cout << "thread - 1, count = " << count << "[我来修改count], "<< "&count: " << Addr(count) << std::endl;count++;sleep(1);}
}void *routine2(void *args)
{(void)args;while (true){std::cout << "thread - 2, count = " << count<< ", &count: " << Addr(count) << std::endl;sleep(1);}
}int main()
{pthread_t tid1, tid2;pthread_create(&tid1, nullptr, routine1, nullptr);pthread_create(&tid2, nullptr, routine2, nullptr);pthread_join(tid1, nullptr);pthread_join(tid2, nullptr);return 0;
}

结果：

解析：

与上面不同的是，在添加__thread后，线程1修改count,线程2读取的count不再随着线程1 的修改而修改

解释：

添加__thread修饰：该count叫做局部存储


同一个变量名：指向不同的地址
在各自的线程管理块里面创建存储 

pthread_setname_np:设置线程的名字。

pthread_getname_np:用于获取线程的名称。

#include <pthread.h>int pthread_setname_np(pthread_t thread, const char *name);参数
pthread_t thread：要设置名称的线程 ID。如果设置为 pthread_self()，则表示当前线程。
const char *name：要设置的线程名称。通常是一个简短的字符串，长度通常不超过 16 个字符（包括终止符 \0）。
返回值
成功时返回 0。
失败时返回错误码（如 EINVAL 表示无效参数，EAGAIN 表示名称过长等）。#include <pthread.h>int pthread_getname_np(pthread_t thread, char *name, size_t len);参数
pthread_t thread：要获取名称的线程 ID。如果设置为 pthread_self()，则表示当前线程。
char *name：用于存储线程名称的缓冲区。
size_t len：缓冲区的大小。
返回值
成功时返回 0。
失败时返回错误码（如 EINVAL 表示无效参数，ERANGE 表示缓冲区太小等）。

用2.thread进行修改 

#ifndef _THREAD_H_
#define _THREAD_H_
//一个头文件保护机制，防止头文件被重复包含
#include <iostream>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <functional>namespace ThreadModlue{static uint32_t number = 1;class Thread{using func_t = std::function<void()>;// 添加模版的前身private:void Enabledetach(){std::cout<<"线程被分离了"<<std::endl;_isdetach = true;}void Enablerunning(){std::cout<<"线程正在运行"<<std::endl;_isrunning = true;}static void* Routine(void*args){//static，没有默认指针，需要在线程创建的时候，通过args传回this指针Thread* self = static_cast<Thread*>(args);//强转成Thread*类型self->Enablerunning();if(self->_isdetach){self->Enabledetach();}pthread_setname_np(self->_tid, self->_name.c_str());self->_func();//调用函数要加上()括号才可以调用return nullptr;}public:Thread(func_t func):_tid(0),_isdetach(false),_isrunning(false),_res(nullptr),_func(func){_name = "thread - " + std::to_string(number++);}void Detach(){if(_isdetach)return;if(_isrunning){pthread_detach(_tid);std::cout<<"线程分离成功"<<std::endl;Enabledetach();}}bool Start(){if(_isrunning)return false;//线程正在运行，不可再次启动int n = pthread_create(&_tid,nullptr,Routine,this);if( n != 0 ){std::cerr<<"创建线程错误"<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{std::cout<<"线程创建成功："<<_name<<std::endl;return true;}}bool Stop(){if(_isrunning){int n = pthread_cancel(_tid);if(n != 0){std::cerr<<"线程停止错误："<<strerror(n)<<std::endl;return false;}else{_isrunning = false;std::cout<<"线程停止："<<_name<<std::endl;return true;}}}void Join(){if(_isdetach){std::cout<<"已经被分离的线程无法join"<<std::endl;return;}int n = pthread_join(_tid,&_res);if(n != 0){std::cerr<<"线程join错误:"<<strerror(n)<<std::endl;}else{std::cout << "线程join成功" << std::endl;}}private:pthread_t _tid;bool _isdetach;bool _isrunning;std::string _name;void* _res;func_t _func;};
}
#endif

#include "Thread.hpp"
#include <unistd.h>
#include <vector>using namespace ThreadModlue;int main(){// Thread t([](){//     while(true)//     {//         std::cout << "我是一个新线程: "<< std::endl; // 我的线程的名字是什么呀？debug//         sleep(1);//     }// });// t.Start();// t.Detach();// sleep(2);// t.Stop();// sleep(2);// t.Join();// return 0;std::vector<Thread> threads;for (int i = 0; i < 10; i++){threads.emplace_back([](){while(true){char name[128];pthread_getname_np(pthread_self(), name, sizeof(name));std::cout << "我是一个新线程: " << name << std::endl; // 我的线程的名字是什么呀？debugsleep(1);} });}for (auto &thread : threads){thread.Start();}for (auto &thread : threads){thread.Join();}
}

 同步和互斥


5.mutex代码，加锁和解锁，见一下

// 操作共享变量会有问题的售票系统代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>int ticket = 1000;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *route(void *arg)
{char *id = (char *)arg;while (1){pthread_mutex_lock(&lock);if (ticket > 0) // 1. 判断{usleep(1000);                               // 模拟抢票花的时间printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket); // 2. 抢到了票ticket--;                                   // 3. 票数--pthread_mutex_unlock(&lock);}else{pthread_mutex_unlock(&lock);break;}}return nullptr;
}int main(void)
{pthread_t t1, t2, t3, t4;pthread_create(&t1, NULL, route, (void *)"thread 1");pthread_create(&t2, NULL, route, (void *)"thread 2");pthread_create(&t3, NULL, route, (void *)"thread 3");pthread_create(&t4, NULL, route, (void *)"thread 4");pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_join(t3, NULL);pthread_join(t4, NULL);
}

下一篇：线程互斥：

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