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bthread.h学习笔记

源码

1 概述

bthread.h 定义了一个用户级线程库，提供类似 POSIX 线程（pthread）的功能，但针对高并发和调度优化进行了扩展。支持线程管理、同步原语、中断机制、线程特定数据等功能，适用于需要高效协程管理的场景。

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2 核心功能模块

2.1 线程创建与管理

• 启动模式：
  • Urgent (bthread_start_urgent)：立即切换至新线程，适合高优先级任务。
  • Background (bthread_start_background)：类似 pthread_create，启动后返回，新线程可能延迟执行。
• 线程控制：
  • bthread_exit：终止当前线程。
  • bthread_join：等待线程结束（所有线程默认可连接，但返回值固定为 NULL，需通过参数传递结果）。
  • bthread_self：获取当前线程 ID。
  • bthread_yield：主动让出 CPU（调度公平性可能不足）。

2.2 中断与停止

• 中断机制：
  • bthread_interrupt：唤醒阻塞中的线程（如 bthread_usleep 返回错误，bthread_cond_wait 唤醒）。
  • bthread_stop：设置停止标志并中断线程，需线程内部检查 bthread_stopped 退出。
• 协作式退出：需用户代码主动检查停止标志，避免资源泄漏。

2.3 同步原语

• 互斥锁 (bthread_mutex_*)：
  • 初始化时属性可能被忽略（建议传 NULL）。
  • 支持 trylock、timedlock。
• 条件变量 (bthread_cond_*)：
  • 需与互斥锁配合使用，支持超时等待 (bthread_cond_timedwait)。
• 读写锁 (bthread_rwlock_*)：
  • 支持读写分离锁，可配置偏好（读优先/写优先）。
• 信号量 (bthread_sem_*)：
  • 提供 post_n 批量释放信号量。
• 屏障 (bthread_barrier_*)：
  • 多线程同步点，等待指定数量的线程到达。

2.4 线程特定数据 (TSD)

• key管理：
  • bthread_key_create/bthread_key_delete：创建/销毁键。
  • bthread_setspecific/bthread_getspecific：设置/获取线程本地数据。
• 性能提示：短生命周期线程慎用 TSD，避免频繁分配键表。

2.5 调度与并发控制

• 并发度调整：
  • bthread_setconcurrency：设置工作线程（底层 pthread）数量。
  • 按标签管理：bthread_setconcurrency_by_tag 支持为不同任务类别分配独立并发度。
• CPU 时间统计：
  • bthread_cpu_clock_ns：获取线程 CPU 时间（需启用 bthread_enable_cpu_clock_stat）。

2.6 工具函数

• 一次性初始化：
  • bthread_once：确保初始化代码仅执行一次。
• 列表管理：
  • bthread_list_*：批量管理线程（非线程安全，需外部同步）。

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3 关键设计特点

1. 协作式调度：

   • bthread_yield 和同步原语可能触发线程切换，但调度公平性有限，需避免长耗时操作独占 CPU。

2. 轻量级中断：

   • 通过标志位 + 中断唤醒协作退出，避免强制终止导致的资源问题。

3. 高效同步：

   • 同步原语可能基于用户态实现，减少内核切换开销（如信号量 post_n 批量操作）。

4. 标签化并发：

   • 允许不同任务类型（如计算密集型、I/O 密集型）使用独立并发度，优化资源利用。

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4 使用注意事项

• 错误处理：函数返回 0 表示成功，错误码需通过返回值或 errno 检查。
• 线程生命周期：短线程慎用 TSD，避免性能损耗。
• 中断兼容性：不同阻塞函数对中断的反应不同（如 bthread_usleep 返回 ESTOP，而 bthread_mutex_lock 不受影响）。
• 资源回收：所有线程默认可连接，但需手动调用 bthread_join 确保资源释放。

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5 示例场景

// 创建高优先级线程并等待
bthread_t tid;
bthread_start_urgent(&tid, NULL, my_func, my_args);
bthread_join(tid, NULL);// 使用条件变量同步
bthread_mutex_lock(&mutex);
while (!condition) {bthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
bthread_mutex_unlock(&mutex);// 中断处理
void* worker(void* arg) {while (!bthread_stopped(bthread_self())) {// 工作逻辑}return NULL;
}
bthread_stop(tid); // 触发退出

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6 总结

bthread 提供了高性能的用户级线程管理，适用于需要细粒度并发控制的场景。开发者需结合其协作式调度、中断机制和同步原语特性，合理设计线程逻辑，以充分发挥其优势。