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【Linux】pthread学习笔记

news 2025/8/2 6:06:55

1. 线程基础

(1) 线程创建与终止

#include <pthread.h>
// 创建线程
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void*), void *arg);
// 终止当前线程
void pthread_exit(void *retval);
// 等待线程结束
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
// 分离线程（不可被join）
int pthread_detach(pthread_t thread);

示例：

void* task(void *arg) {printf("Thread running\n");pthread_exit(NULL);
}
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);
pthread_join(tid, NULL);

(2) 线程ID与比较

pthread_t tid = pthread_self();      // 获取自身线程ID
int equal = pthread_equal(tid1, tid2); // 比较线程ID

2. 线程同步机制

(1) 互斥锁（Mutex）

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 静态初始化
// 动态初始化/销毁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
// 加锁/解锁
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); // 非阻塞

示例：

pthread_mutex_lock(&mutex);
shared_data++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);

(2) 条件变量（Condition Variable）

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); // 等待条件
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); // 唤醒一个线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); // 唤醒所有线程

典型模式：

pthread_mutex_lock(&mutex);
while (!condition) {pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
// 操作共享数据
pthread_mutex_unlock(&mutex);

(3) 读写锁（Read-Write Lock）

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 读锁
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 写锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

3. 线程属性控制

(1) 线程属性

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
// 设置分离状态
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
// 设置栈大小
pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024); // 1MB
// 使用属性创建线程
pthread_create(&tid, &attr, task, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);

(2) 调度策略与优先级

struct sched_param param;
param.sched_priority = 50; // 优先级（1~99）
// 设置调度策略（需root权限）
pthread_setschedparam(tid, SCHED_FIFO, &param);
// 获取当前策略
int policy;
pthread_getschedparam(tid, &policy, &param);

4. 线程局部存储（TLS）

// 创建线程局部变量键
pthread_key_t key;
pthread_key_create(&key, NULL);
// 设置/获取线程局部值
void *value = malloc(100);
pthread_setspecific(key, value);
void *data = pthread_getspecific(key);

5. 其他关键函数

函数	用途
`pthread_cancel(tid)`	取消目标线程（需线程设置为可取消状态）。
`pthread_testcancel()`	显式插入取消点。
`pthread_setcancelstate()`	设置线程取消状态（`PTHREAD_CANCEL_ENABLE/DISABLE`）。
`pthread_once()`	确保某函数只执行一次（用于初始化）。

6. 常见问题与陷阱

(1) 线程安全函数

非线程安全函数：如 strtok、localtime，需使用线程安全版本（strtok_r、localtime_r）。

(2) 死锁预防

加锁顺序一致：多个锁按固定顺序获取。
避免锁嵌套：尽量缩短临界区范围。

(3) 资源清理

分离线程：若不需要 pthread_join，应显式 pthread_detach 避免资源泄漏。
互斥锁销毁：动态初始化的锁必须 pthread_mutex_destroy。

7. 调试工具

工具	用途
`valgrind --tool=helgrind`	检测数据竞争和死锁。
`gdb`	调试多线程程序（`info threads`、`thread <id>`）。
`strace -f`	跟踪线程的系统调用。

8. 与C++的对比

特性	`pthread` (C)	`std::thread` (C++11)
抽象级别	底层（显式管理）	高层（RAII封装）
错误处理	返回错误码	抛出异常
跨平台性	Unix-like 系统	跨平台
锁类型	需手动初始化/销毁	自动管理（`std::mutex`、`std::lock_guard`）