線程的概念
C++中的線程的Text Segment和Data Segment都是共享的，如果定義一個函數，在各線程中都可以調用，如果定義一個全局變量，在各線程中都可以訪問到。除此之外，各線程還共享以下進程資源和環境：
但是，有些資源是每個線程各有一份的：
我們將要學習的線程庫函數是由POSIX標準定義的，稱為POSIX thread或pthread。
線程控制
創建線程
創建線程的函數原型如下：
#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
返回值：成功返回0,失敗返回錯誤號。
在一個線程中調用pthread_create()創建新的線程后，當前線程從pthread_create()返回繼續往下執行，而新的線程所執行的代碼由我們傳給pthread_create的函數指針start_routine決定。start_routine函數接收一個參數，是通過pthread_create的arg參數傳遞給它的，該參數類型為void*，這個指針按什么類型解釋由調用者自己定義。start_routine的返回值類型也是void *,這個指針的含義同樣由調用者自己定義。start_routine返回時，這個線程就退出了，其它線程可以調用pthread_join得到start_routine的返回值。
pthread_create成功返回后，新創建的線程的id被填寫到thread參數所指向的內存單元。我們知道進程id的類型是pid_t，每個進程的id在整個系統中是唯一的，調用getpid可以得到當前進程的id，是一個正整數值。線程id的類型是thread_t，它只在當前進程中保證是唯一的，在不同的系統中thread_t這個類型有不同的實現，它可能是一個整數值，也可能是一個結構體，也可能是一個地址，所以不能簡單的當成整數用printf打印，調用pthread_self可以獲取當前線程的id。
我們先來寫一個簡單的例子:
#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>pthread_t ntid;void printids(const void *t){ char *s = (char *)t; pid_t pid; pthread_t tid; pid = getpid(); tid = pthread_self(); printf("%s pid %u tid %u (0x%x)/n", s, (unsigned int)pid, (unsigned int)tid, (unsigned int)tid);}void *thr_fn(void *arg){ printids(arg); return NULL;}int main(void){ int err; err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, (void *)"Child Process:"); if (err != 0) { fprintf(stderr, "can't create thread: %s/n", strerror(err)); exit(1); } printids("main thread:"); sleep(1); return 0;}
編譯執行結果如下：
g++ thread.cpp -o thread -lpthread./threadmain thread: pid 21046 tid 3612727104 (0xd755d740)Child Process: pid 21046 tid 3604444928 (0xd6d77700)
從結果可以知道，thread_t類型是一個地址值，屬于同一進程的多個線程調用getpid可以得到相同的進程號，而調用pthread_self得到的線程號各不相同。
如果任意一個線程調用了exit或_exit，則整個進程的所有線程都終止，由于從main函數return也相當于調用exit，為了防止新創建的線程還沒有得到執行就終止，我們在main函數return之前延時1秒，這只是一種權宜之計，即使主線程等待1秒，內核也不一定會調度新創建的線程執行，接下來，我們學習一下比較好的解決方法。
終止線程
如果需要只終止某個線程而不是終止整個進程，可以有三種方法：
這里主要介紹pthread_exit和pthread_join的用法。
#include <pthread.h>void pthread_exit(void *value_ptr);
value_ptr是void*類型，和線程函數返回值的用法一樣，其它線程可以調用pthread_join獲取這個指針。
需要注意，pthread_exit或者return返回的指針所指向的內存單元必須是全局的或者是用malloc分配的，不能在線程函數的棧上分配，因為當其它線程得到這個返回指針時線程函數已經退出了。
#include <pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。
調用該函數的線程將掛起等待，直到id為thread的線程終止。thread線程以不同的方法終止，通過pthread_join得到的終止狀態是不同的，總結如下：
如果對thread線程的終止狀態不感興趣，可以傳NULL給value_ptr參數。參考代碼如下：
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>void* thread_function_1(void *arg){ printf("thread 1 running/n"); return (void *)1;}void* thread_function_2(void *arg){ printf("thread 2 exiting/n"); pthread_exit((void *) 2);}void* thread_function_3(void* arg){ while (1) { printf("thread 3 writeing/n"); sleep(1); }}int main(void){ pthread_t tid; void *tret; pthread_create(&tid, NULL, thread_function_1, NULL); pthread_join(tid, &tret); printf("thread 1 exit code %d/n", *((int*) (&tret))); pthread_create(&tid, NULL, thread_function_2, NULL); pthread_join(tid, &tret); printf("thread 2 exit code %d/n", *((int*) (&tret))); pthread_create(&tid, NULL, thread_function_3, NULL); sleep(3); pthread_cancel(tid); pthread_join(tid, &tret); printf("thread 3 exit code %d/n", *((int*) (&tret))); return 0;}運行結果是：
thread 1 runningthread 1 exit code 1thread 2 exitingthread 2 exit code 2thread 3 writeingthread 3 writeingthread 3 writeingthread 3 exit code -1
可見，Linux的pthread庫中常數PTHREAD_CANCELED的值是-1.可以在頭文件pthread.h中找到它的定義：
#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)
線程間同步
多個線程同時訪問共享數據時可能會沖突，例如兩個線程都要把某個全局變量增加1，這個操作在某平臺上需要三條指令才能完成：
這個時候很容易出現兩個進程同時操作寄存器變量值的情況，導致最終結果不正確。
解決的辦法是引入互斥鎖(Mutex, Mutual Exclusive Lock)，獲得鎖的線程可以完成“讀-修改-寫”的操作，然后釋放鎖給其它線程，沒有獲得鎖的線程只能等待而不能訪問共享數據，這樣，“讀-修改-寫”的三步操作組成一個原子操作，要不都執行，要不都不執行，不會執行到中間被打斷，也不會在其它處理器上并行做這個操作。
Mutex用pthread_mutex_t類型的變量表示，可以這樣初始化和銷毀：
#include <pthread.h>int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_int(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);pthread_mutex_t mutex = PTHEAD_MUTEX_INITIALIZER;
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。
用pthread_mutex_init函數初始化的Mutex可以用pthread_mutex_destroy銷毀。如果Mutex變量是靜態分配的（全局變量或static變量），也可以用宏定義PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化，相當于用pthread_mutex_init初始化并且attr參數為NULL。Mutex的加鎖和解鎖操作可以用下列函數：
#include <pthread.h>int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。
一個線程可以調用pthread_mutex_lock獲得Mutex，如果這時另一個線程已經調用pthread_mutex_lock獲得了該Mutex，則當前線程需要掛起等待，直到另一個線程調用pthread_mutex_unlock釋放Mutex，當前線程被喚醒，才能獲得該Mutex并繼續執行。
我們用Mutex解決上面說的兩個線程同時對全局變量+1可能導致紊亂的問題：
#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define NLOOP 5000int counter;pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *do_add_process(void *vptr){ int i, val; for (i = 0; i < NLOOP; i ++) { pthread_mutex_lock(&counter_mutex); val = counter; printf("%x:%d/n", (unsigned int)pthread_self(), val + 1); counter = val + 1; pthread_mutex_unlock(&counter_mutex); } return NULL;}int main(){ pthread_t tida, tidb; pthread_create(&tida, NULL, do_add_process, NULL); pthread_create(&tidb, NULL, do_add_process, NULL); pthread_join(tida, NULL); pthread_join(tidb, NULL); return 0;}這樣，每次運行都能顯示到10000。如果去掉鎖機制，可能就會有問題。這個機制類似于Java的synchronized塊機制。
Condition Variable
線程間的同步還有這樣一種情況：線程A需要等某個條件成立才能繼續往下執行，現在這個條件不成立，線程A就阻塞等待，而線程B在執行過程中使這個條件成立了，就喚醒線程A繼續執行。在pthread庫中通過條件變量(Conditiion Variable)來阻塞等待一個條件，或者喚醒等待這個條件的線程。Condition Variable用pthread_cond_t類型的變量表示，可以這樣初始化和銷毀：
#include <pthread.h>int pthread_cond_destory(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_init(pthead_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。
和Mutex的初始化和銷毀類似，pthread_cond_init函數初始化一個Condition Variable，attr參數為NULL則表示缺省屬性，pthread_cond_destroy函數銷毀一個Condition Variable。如果Condition Variable是靜態分配的，也可以用宏定義PTHEAD_COND_INITIALIZER初始化，相當于用pthread_cond_init函數初始化并且attr參數為NULL。Condition Variable的操作可以用下列函數：
#include <pthread.h>int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
可見，一個Condition Variable總是和一個Mutex搭配使用的。一個線程可以調用pthread_cond_wait在一個Condition Variable上阻塞等待，這個函數做以下三步操作：
pthread_cond_timedwait函數還有一個額外的參數可以設定等待超時，如果到達了abstime所指定的時刻仍然沒有別的線程來喚醒當前線程，就返回ETIMEDOUT。一個線程可以調用pthread_cond_signal喚醒在某個Condition Variable上等待的另一個線程，也可以調用pthread_cond_broadcast喚醒在這個Condition Variable上等待的所有線程。
下面的程序演示了一個生產者-消費者的例子，生產者生產一個結構體串在鏈表的表頭上，消費者從表頭取走結構體。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>struct msg { struct msg *next; int num;};struct msg *head;pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void* consumer(void *p){ struct msg *mp; for(;;) { pthread_mutex_lock(&lock); while (head == NULL) { pthread_cond_wait(&has_product, &lock); } mp = head; head = mp->next; pthread_mutex_unlock(&lock); printf("Consume %d/n", mp->num); free(mp); sleep(rand() % 5); }}void* producer(void *p){ struct msg *mp; for(;;) { mp = (struct msg *)malloc(sizeof(*mp)); pthread_mutex_lock(&lock); mp->next = head; mp->num = rand() % 1000; head = mp; printf("Product %d/n", mp->num); pthread_mutex_unlock(&lock); pthread_cond_signal(&has_product); sleep(rand() % 5); }}int main(){ pthread_t pid, cid; srand(time(NULL)); pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL); pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); pthread_join(pid, NULL); pthread_join(cid, NULL); return 0;}新聞熱點
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