一、多线程的使用

1.1、线程的创建

函数原型：

描述： pthread_create()函数在调用进程中启动一个新线程。新线程通过调用start_routine()开始执行；arg作为start_routine()的唯一参数传递。

新线程以以下方式之一终止： （1）它调用pthread_exit()，指定一个退出状态值，该值可用于调用pthrread_join()的同一进程中的另一个线程，即pthrread_join()可以接收pthread_exit()返回的值。 （2）它从start_routine()返回。这相当于使用return语句中提供的值调用pthread_exit()。 （3）它被pthread_cancel()取消。 （4）进程中的任何线程都调用exit()，或者主线程执行main()的返回。这将导致进程中所有线程的终止。

参数介绍：

返回值： 成功时，返回0；出错时，它返回一个错误号，并且*thread的内容未定义。

错误号：

其他： 新线程继承创建线程的信号掩码【pthread_sigmask()】的副本。新线程的挂起信号集为空【sigpending()】。新线程不继承创建线程的备用信号堆栈【sigaltstack()】。 新线程的CPU时间时钟的初始值为0【参见pthread_getcpuclockid()】。

示例代码：

讯享网

1.2、线程的终止

新线程以以下方式之一终止： （1）它调用pthread_exit()，指定一个退出状态值，该值可用于调用pthrread_join()的同一进程中的另一个线程，即pthrread_join()可以接收pthread_exit()返回的值。 （2）它从start_routine()返回。这相当于使用return语句中提供的值调用pthread_exit()。 （3）它被pthread_cancel()取消。 （4）进程中的任何线程都调用exit()，或者主线程执行main()的返回。这将导致进程中所有线程的终止。

pthread_exit()函数原型：

描述： （1）pthread_exit()函数终止调用线程并通过retval返回一个值，该值（如果线程是可连接的）可用于调用pthrea_join()的同一进程中的另一个线程，即可被pthrea_join()接收返回值。

（2）任何由pthread_cleanup_push()建立的尚未弹出的清理处理程序都会弹出（与它们被推送的顺序相反）并执行。如果线程具有任何特定于线程的数据，则在执行清理处理程序后，将以未指定的顺序调用相应的析构函数。

（3）当线程终止时，进程共享资源（例如互斥体、条件变量、信号量和文件描述符）不会被释放，使用atexit()注册的函数也不会被调用。

（4）进程中的最后一个线程终止后，进程通过调用exit()终止，退出状态为零；因此，释放进程共享资源并调用使用atexit()注册的函数。

返回值：此函数不返回调用方。

错误：此函数始终成功。

注意： （1）从除主线程之外的任何线程的start函数执行返回将导致隐式调用pthread_exit()，使用函数的返回值作为线程的退出状态。 （2）为了允许其他线程继续执行，主线程应该通过调用pthread_exit()而不是exit()来终止。 （3）retval指向的值不应位于调用线程的堆栈上，因为该堆栈的内容在线程终止后未定义。

pthread_cancel()函数原型：

讯享网

描述： pthread_cancel()函数向线程thread发送取消请求。目标线程是否以及何时响应取消请求取决于该线程控制的两个属性：其可取消性state和type。

由pthread_setcancelstate()设置线程的可取消状态可以启用（新线程的默认状态）或禁用。如果线程已禁用取消，则取消请求将保持排队状态，直到线程启用取消。如果线程已启用取消，则其可取消性类型决定何时取消。

由pthread_setcanceltype()确定的线程的取消类型可以是异步的或延迟的（新线程的默认值）。异步可取消性意味着线程可以随时取消（通常是立即取消，但系统不保证）。延迟可取消性意味着取消将被延迟，直到线程下一次调用作为取消点的函数。pthreads()中提供了作为或可能是取消点的函数列表。

执行取消请求时，线程将执行以下步骤（按顺序）：

上述步骤相对于pthread_cancel()调用异步发生；pthread_cancel()的返回状态仅通知调用方取消请求是否已成功排队。

被取消的线程终止后，使用pthread_join()与该线程的连接将获得pthrea_canceled作为线程的退出状态。（使用线程连接是知道取消已完成的唯一方法。）

返回值：成功时，返回0；出错时，返回非零错误号。

错误：ESRCH，找不到ID为thread的线程。

1.3、线程的等待

函数原型：

描述： pthread_join()函数等待线程指定的线程终止。如果该线程已经终止，则pthread_join（）立即返回。thread指定的线程必须是可连接的。

如果retval不为空，则pthread_join()将目标线程的退出状态（即，目标线程提供给pthrea_exit()的值）复制到retval所指向的位置。如果目标线程被取消，则PTHREAD_CANCELED被置于retval中。

如果多个线程同时尝试与同一线程联接，则结果是未定义的。如果调用pthread_join()的线程被取消，那么目标线程将保持可连接状态（即，它不会被分离）。

返回值：成功时，返回0；出错时，它返回错误号。

错误号：

1.4、线程的属性

函数原型：

描述： pthread_attr_init()函数使用默认属性值初始化attr指向的线程属性对象。在这个调用之后，可以使用各种相关函数（下方列出）设置对象的各个属性，然后可以在创建线程的一个或多个pthread_create()调用中使用该对象。

对已初始化的线程属性对象调用pthread_attr_init()会导致未定义的行为。

当不再需要线程属性对象时，应使用pthread_attr_destroy()函数将其销毁。 销毁线程属性对象对使用该对象创建的线程没有影响。

线程属性对象被销毁后，可以使用pthread_attr_init()对其重新初始化。任何其他使用已销毁线程属性对象的方法都会产生未定义的结果。

返回值： 成功时，这些函数返回0；出错时，它们返回一个非零错误号。

错误： 在Linux上，这些函数总是成功的（但可移植和未来验证的应用程序应该处理可能的错误返回）。

pthread_attr_t类型应被视为不透明的：除通过pthreads函数外，对对象的任何访问都是不可移植的，并产生未定义的结果。

示例代码：

二、无原子操作

在多个线程中，对一个变量不断操作，如果没有原子操作会怎么样？ 示例代码：

上述代码执行结果理论上是，但是最后结果是。也就是无原子操作下的执行结果小于理论值。 原因在于，执行idx++时汇编代码是：

也就是c语言是一条语句，但真正执行时是三条命令。在无原子操作时，就可能出现如下情况：

原意要自增两次，然而实际只自增了一次，因此无原子操作下的执行结果小于理论值。

三、互斥锁

让临界资源只允许在一个线程中执行。

pthread_mutex_init()

函数原型：

函数描述： 互斥锁的初始化。 pthread_mutex_init() 函数是以动态方式创建互斥锁的，参数attr指定了新建互斥锁的属性。如果参数attr为空(NULL)，则使用默认的互斥锁属性，默认属性为快速互斥锁 。 互斥锁的属性在创建锁的时候指定，在实现中仅有一个锁类型属性，不同的锁类型在试图对一个已经被锁定的互斥锁加锁时表现不同。

返回： 成功会返回零，其他任何返回值都表示出现了错误。 成功后，互斥锁被初始化为未锁住态。

pthread_mutex_destroy()

用于注销一个互斥锁，函数原型：

销毁一个互斥锁即意味着释放它所占用的资源，且要求锁当前处于开放状态。由于在Linux中，互斥锁并不占用任何资源，因此pthread_mutex_destroy()仅仅检查锁状态（锁定状态则返回EBUSY）。

pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_trylock()

函数原型：

描述： 互斥引用的互斥对象通过调用 pthread_mutex_lock()被锁定。如果互斥锁已被锁定，则调用线程将阻塞，直到互斥体变为可用。此操作将返回由处于锁定状态的互斥所引用的互斥对象，其中调用线程是其所有者。 函数 pthread_mutex_trylock()与 pthread_mutex_lock()相同，只是如果互斥引用的互斥对象当前被锁定（由任何线程，包括当前线程锁定），则调用将立即返回。

返回值： 如果成功，pthread_mutex_lock()和 pthread_mutex_unlock() 函数返回零。否则，将返回一个错误号以指示错误。 如果获取了互斥引用的互斥对象上的锁，则函数 pthread_mutex_trylock（） 返回零。否则，将返回一个错误号以指示错误。

如果出现以下情况，pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_trylock()函数将失败：

这些函数不会返回错误代码EINTR。

pthread_mutex_unlock(）函数原型：

描述： pthread_mutex_unlock() 函数释放互斥引用的互斥对象。释放互斥体的方式取决于互斥体的 type 属性。如果在调用 pthread_mutex_unlock()时，互斥所引用的互斥对象上存在阻塞的线程，从而导致互斥体变为可用，则调度策略用于确定哪个线程应获取互斥。（在PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE互斥锁的情况下，当计数达到零并且调用线程不再对此互斥锁时，互斥锁将变为可用）。

如果信号被传递到等待互斥体的线程，则在信号处理程序返回时，线程将恢复等待互斥体，就好像它没有被中断一样。

返回值： 如果成功，返回零。否则，将返回一个错误号以指示错误。

示例代码

上述代码执行结果是。也就是互斥锁下的执行结果等于理论值。

五、自旋锁

自旋锁的接口和mutex类似。 函数原型：

示例代码

上述代码执行结果是。也就是自旋锁下的执行结果等于理论值。

互斥锁与自旋锁的区别：

• 互斥锁与自旋锁的接口类似，但是底层实现有一定差异。
• mutex在发现锁已经被占用时，会让出CPU资源，然后等待有解锁时唤醒去抢锁。
• spin在发现锁已经被占用时，会一直等着，直到抢到锁。

死锁，死锁的两种情况：

（1）如果两个线程先后调用两次lock，第二次调用lock时，由于锁已被占用，该线程会挂起等待别的线程释放锁，然后锁正是被自己占用着的，该线程又被挂起不能释放锁，因此就永远处于挂起等待状态了，进入死锁。 （2）线程1和线程2。线程1获得锁1，线程2获得锁2，此时线程1调用lock企图获得锁2，结果是需要挂起等待线程2释放锁2，而此时线程2也调用了lock企图获得锁1，结果是线程2挂起等待线程1释放锁1，进入死锁。

避免死锁： （1）共享资源操作前一定要获得锁。 （2）完成操作以后一定要释放锁。 （3）尽量短时间地占用锁。 （4）有多锁, 如获得顺序是abc连环扣, 释放顺序也应该是abc。 （5）线程错误返回时应该释放它所获得的锁。 （6）写程序是尽量避免同时获得多个锁。如果一定要这么做，所有线程在需要多个锁时都按相同的先后顺序获得锁，则不会出现死锁。

六、原子操作

原子操作就是用一条指令解决问题；多条执行命令变为一条执行命令，使其不可分割。

CAS，全称Compare And Swap。翻译过来就是先比较再赋值，顺序不可变；也就是先对比，如果值一致再赋值，如果不一致就不赋值。

常见的原子操作： （1）加，add （2）减，sub （3）自增，inc （4）自减，dec （5）比较赋值，cas

注意，c语言的一条语句执行可能有副作用，但原子操作是没有副作用的。 示例代码：

七、总结

对临界资源操作时，常用原子操作和锁。 锁有互斥锁、自旋锁、读写锁等，其他应用程序实现的业务锁如悲观锁、乐观锁等。 在两种情况下容易陷入死锁： （1）线程调用两次lock，第一次已经获得锁，第二次发现锁已占用进入等待，而锁是被自己占用，进入无线等待的死锁。 （2）多个线程多个锁的情况，线程1获得锁1然后请求锁2，线程2获得锁2然后请求锁1，互相等待，进入锁。

原子操作就是通过一条指令解决问题，封装的CAS将多条执行命令变为一条执行命令，使其不可分割。