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【Linux】【应用层】多线程编程

news 2025/9/15 9:35:55

一、线程创建

Linux 中的 pthread_create() 函数用来创建线程，它声明在<pthread.h>头文件中，语法格式如下：

int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *),void *arg);

各个参数的含义是：

pthread_t *thread：传递一个 pthread_t 类型的指针变量，也可以直接传递某个 pthread_t 类型变量的地址。pthread_t 是一种用于表示线程的数据类型，每一个 pthread_t 类型的变量都可以表示一个线程。
const pthread_attr_t *attr：用于手动设置新建线程的属性，例如线程的调用策略、线程所能使用的栈内存的大小等。大部分场景中，我们都不需要手动修改线程的属性，将 attr 参数赋值为 NULL，pthread_create() 函数会采用系统默认的属性值创建线程。
void *(*start_routine) (void *)：以函数指针的方式指明新建线程需要执行的函数，该函数的参数最多有 1 个（可以省略不写），形参和返回值的类型都必须为 void* 类型。void* 类型又称空指针类型，表明指针所指数据的类型是未知的。使用此类型指针时，我们通常需要先对其进行强制类型转换，然后才能正常访问指针指向的数据。

如果该函数有返回值，则线程执行完函数后，函数的返回值可以由 pthread_join() 函数接收。有关 phtread_join()

void *arg：指定传递给 start_routine 函数的实参，当不需要传递任何数据时，将 arg 赋值为 NULL 即可。
如果成功创建线程，pthread_create() 函数返回数字 0，反之返回非零值。各个非零值都对应着不同的宏，指明创建失败的原因，常见的宏有以下几种：
EAGAIN：系统资源不足，无法提供创建线程所需的资源。
EINVAL：传递给 pthread_create() 函数的 attr 参数无效。
EPERM：传递给 pthread_create() 函数的 attr 参数中，某些属性的设置为非法操作，程序没有相关的设置权限。

以上这些宏都声明在 <errno.h> 头文件中，如果程序中想使用这些宏，需提前引入此头文件。

二、线程通信

在Linux中，多线程通信可以使用许多不同的机制。以下是一些常用的多线程通信方法：

互斥锁（mutex）：互斥锁用于保护共享资源，以便在任何时候只有一个线程可以访问它。当一个线程获得互斥锁后，其他线程将被阻塞，直到该线程释放锁。
条件变量（condition variable）：条件变量用于在线程之间传递信息，因为它们允许一个线程等待另一个线程满足某个条件。当条件变量满足时，线程可以继续执行；否则，线程将被阻塞。
信号量（semaphore）：信号量用于控制对共享资源的访问，但它们可以同时允许多个线程访问资源。信号量具有计数器，当计数器为0时，调用sem_wait()函数的线程将被阻塞，直到另一个线程调用sem_post()函数增加计数器。
管道（pipe）：管道可以用于在进程之间传递数据，也可以用于在线程之间传递数据。在多线程环境中，可以使用匿名管道或命名管道来实现线程之间的通信。
共享内存（shared memory）：共享内存允许多个线程访问同一块内存区域。这种方式是最快的 IPC 方式，但需要开发者自行处理同步问题。

这些机制可以单独或组合使用。例如，互斥锁和条件变量经常一起使用，以便在线程之间保护共享资源并传递信息。在实践中，选择哪种方法通常取决于应用程序的需求，以及性能、可维护性等方面的考虑。

三、示例代码

#include <pthread.h>
#include <iostream>static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t  cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;static int data_ready = 0;
static int data = 0;void* thread_func(void *arg)
{while (1) {pthread_mutex_lock(&lock);while (!data_ready) {pthread_cond_wait(&cond, &lock);}std::cout << "Data received: " << data << std::endl;data_ready = 0;pthread_mutex_unlock(&lock);}
}int main(int argc, char **argv)
{pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);int input;while (1) {std::cin >> input;pthread_mutex_lock(&lock);data = input;data_ready = 1;pthread_cond_signal(&cond);pthread_mutex_unlock(&lock);}return 0;
}