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线程相关知识

news 2025/8/18 12:06:39

一、线程的基本概念

定义：线程是轻量级的进程，可实现多任务的并发。
核心定位：进程是操作系统资源分配的最小单位。线程是操作系统任务调度的最小单位。

二、线程的创建

创建主体：线程由某个进程创建。
资源分配：进程创建线程时，会为其分配独立的8M栈区空间。线程和所在进程及进程中的其他线程，共用进程的堆区、数据区、文本区。

三、线程的调度

线程调度呈现“宏观并行，微观串行”的特点，由操作系统负责调度。

四、线程的消亡

线程退出：在_thread任务函数中使用return结束线程。调用pthread_exit(NULL)退出线程。
回收线程资源空间：主要通过pthread_join(tid, NULL)实现。

五、进程和线程的区别

对比维度	进程	线程
核心定位	操作系统资源分配的最小单位	操作系统任务调度的最小单位
资源消耗	开销大，每次创建需要0-4G虚拟内存空间	开销较小，只需所在进程开辟8M栈区空间
效率角度	由操作系统创建，创建耗时比线程大；跨进程调度比跨线程调度慢	由所在进程创建；跨进程调度比跨线程调度慢
通信方面	不能直接通信，需使用进程间通信机制（IPC机制）	通信简单，可使用线程共享区域（如全局变量）
安全性角度	安全性高，各进程空间独立	安全性不如进程，一个线程异常可能影响同一进程中所有线程

六、线程的相关编程

线程创建：
- 函数：pthread_create()，成功返回0，失败返回非0。
- 参数包括保存线程ID的变量地址、线程属性对象地址（NULL为默认属性）、线程任务函数指针、传递给任务函数的参数。
- pthread_self()可获取当前线程的ID号。

线程退出：
- pthread_exit(void *retval)，retval为向回收线程传递参数的地址，NULL表示不传递参数。

线程回收：
- 函数：pthread_join(pthread_t thread, void **retval)，功能是阻塞等待回收线程资源空间，成功返回0，失败返回-1。
- 参数thread为要回收的线程ID，retval用于保存线程退出时传递的参数，NULL表示不接收。

线程回收策略：
- 分离属性的线程：不需要回收，由操作系统回收（适用于无空闲线程帮忙回收时）。
- 非分离属性的线程：通过pthread_join()阻塞回收。
线程属性：
- 分离属性：不需要被其他线程回收，会被操作系统回收，可通过pthread_detach(pthread_t thread)设置。
- 非分离属性：可被其他线程回收或结束，为默认属性。

七、线程间通信与互斥机制

线程间通信：可通过全局变量等线程共享区域进行通信。
线程间互斥机制：
- 临界资源：多个线程可同时访问的资源，如全局变量、共享内存区域等，访问时存在资源竞争问题。
- 解决资源竞争的方法：采用互斥机制，即多个线程访问临界资源时具有排他性，一次只允许一个线程访问，通过互斥锁实现。
- 互斥锁实现步骤：
  - 创建互斥锁：pthread_mutex_t。
  - 初始化互斥锁：pthread_mutex_init()，参数包括锁对象地址和锁的属性（NULL为默认属性），成功返回0，失败返回-1。
  - 加锁：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)。
  - 解锁：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)。
  - 销毁锁：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)。

代码训练：

线程创建

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>//次线程
void *task(void *arg)
{printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
}int main(int argc, const char *argv[])
{//主进程、主线程pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);if (ret !=0){printf("pthread_create error\n");return -1;}while (1){}return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>//次线程
void *task(void *arg)
{int i = 0;while (1){if (++i == 10){char str[] = {"thread over!"};//	return "hello";pthread_exit(NULL); // return NULL;}printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());sleep(1);}printf("hello world\n");return NULL;
}int main(int argc, const char *argv[])
{//主进程、主线程pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);if (ret !=0){printf("pthread_create error\n");return -1;}//void *retval;pthread_join(tid, NULL);//printf("retval -> %s\n", (char *)retval);return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int num_g = 100;void *task1(void *arg)
{num_g = 1000;while (1){printf("th1 -> num = %d\n", num_g);sleep(1);}
}void *task2(void *arg)
{while (1){printf("th2 -> num = %d\n", num_g);sleep(1);}
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid[2];pthread_create(&tid[0], NULL, task1, NULL);pthread_create(&tid[1], NULL, task2, NULL);pthread_join(tid[0], NULL);pthread_join(tid[1], NULL);return 0;
}

detach.c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>//次线程
void *task(void *arg)
{
//	printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
}int main(int argc, const char *argv[])
{//主进程、主线程pthread_t tid;int i = 0;	while (1){int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);if (ret !=0){printf("pthread_create error\n");return -1;}pthread_detach(tid);i++;printf("i = %d\n", i);}return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int num_g = 0;
pthread_mutex_t mutex;void *task1(void *arg)
{for (int i = 0; i < 100000; i++){pthread_mutex_lock(&mutex);num_g = num_g+1;printf("num_g = %d\n", num_g);pthread_mutex_unlock(&mutex);}
}void *task2(void *arg)
{for (int i = 0; i < 100000; i++){pthread_mutex_lock(&mutex);num_g = num_g+1;printf("num_g = %d\n", num_g);pthread_mutex_unlock(&mutex);}}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid[2];pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_create(&tid[0], NULL, task1, NULL);pthread_create(&tid[1], NULL, task2, NULL);pthread_join(tid[0], NULL);pthread_join(tid[1], NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;
}