【Linux】【线程操作与同步】汇总整理

线程（Threads）是现代操作系统中用于并发执行的基本单元。一个进程可以包含一个或多个线程，每个线程都可以独立执行一段程序代码，共享进程的资源（如内存），但拥有自己的栈空间和寄存器状态。下面是对线程的一些基本概念、创建和管理线程的方法以及相关API的汇总整理。

线程概述

线程是进程中的轻量级进程单元，通常在一个进程中创建多个线程来实现并发执行。与进程相比，线程共享相同的地址空间和资源，因此创建和切换线程的成本较低。

创建线程

POSIX 线程库（POSIX Threads, pthreads）

创建线程：
- pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg): 创建一个新的线程。
- 参数thread用于存储新线程的标识符，attr指定线程属性，start_routine是线程执行的函数入口，arg是传递给该函数的参数。
线程属性：
- pthread_attr_t: 线程属性结构体。
- pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr): 初始化线程属性。
- pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr): 销毁线程属性。
- pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate): 设置线程的分离状态。
- pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope): 设置线程的调度范围。
加入线程：
- pthread_join(pthread_t thread, void **thread_return): 等待一个线程结束，并可获取其返回值。
- 参数thread指定要等待的线程，thread_return用于存储线程的返回值。
分离线程：
- pthread_detach(pthread_t thread): 使线程分离，即线程结束后不会等待回收资源。

线程控制

获取线程ID：
- pthread_self(void): 获取当前线程的ID。
取消线程：
- pthread_cancel(pthread_t thread): 请求取消一个线程。
- pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate): 设置线程的取消状态。
- pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype): 设置线程的取消类型。
设置线程名称：
- pthread_setname_np(pthread_t thread, const char *name): 设置线程名称。
- pthread_getname_np(pthread_t thread, char *name, size_t len): 获取线程名称。
线程同步：
- 互斥锁：
  - pthread_mutex_t: 互斥锁类型。
  - pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr): 初始化互斥锁。
  - pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex): 锁定互斥锁。
  - pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex): 解锁互斥锁。
  - pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex): 销毁互斥锁。
- 条件变量：
  - pthread_cond_t: 条件变量类型。
  - pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *cond_attr): 初始化条件变量。
  - pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex): 等待条件变量。
  - pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond): 唤醒一个等待的线程。
  - pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond): 唤醒所有等待的线程。
  - pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond): 销毁条件变量。
- 读写锁：
  - pthread_rwlock_t: 读写锁类型。
  - pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr): 初始化读写锁。
  - pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock): 读锁。
  - pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock): 写锁。
  - pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock): 解锁。
  - pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock): 销毁读写锁。
线程局部存储：
- pthread_key_t: 线程局部键类型。
- pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void *)): 创建线程局部键。
- pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value): 设置线程局部变量的值。
- pthread_getspecific(pthread_key_t key): 获取线程局部变量的值。
- pthread_key_delete(pthread_key_t key): 删除线程局部键。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示如何在 Linux 系统上使用 C 语言创建线程，并让线程执行一段简单的代码：

1#include <stdio.h>
2#include <pthread.h>
3#include <stdlib.h>
4
5// 线程执行的函数
6void* thread_function(void *arg) {
7    int thread_id = *((int *)arg);
8    printf("线程 %d 正在运行\n", thread_id);
9    free(arg);  // 释放传入的参数
10    return NULL;
11}
12
13int main() {
14    pthread_t threads[5];
15    int *thread_ids[5];
16
17    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
18        thread_ids[i] = (int *)malloc(sizeof(int));
19        *thread_ids[i] = i + 1;
20
21        // 创建线程
22        if (pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, thread_ids[i]) != 0) {
23            perror("无法创建线程");
24            exit(EXIT_FAILURE);
25        }
26    }
27
28    // 等待所有线程结束
29    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
30        if (pthread_join(threads[i], NULL) != 0) {
31            perror("无法等待线程");
32            exit(EXIT_FAILURE);
33        }
34    }
35
36    printf("所有线程结束\n");
37
38    return 0;
39}