apue: 11 Threads

线程

介绍线程的相关概念，以及相关函数。

1：在一个进程中，可以创建多个线程，各个线程共享使用进程的一些资源，同时各个线程又有自己的特定的资源。
关于线程主要考虑的就是线程的创建与同步

2：线程有一个自己的执行上下文，其中包括：
    （1）线程ID
    （2）一组寄存器值
    （3）堆栈
    （4）调度优先级
    （5）信号掩码（signal mask）
    （6） errno值
    （7）线程自定义数据

3：线程ID
   线程ID用pthread_t来表示，其类型在不同的系统中可能不同，有可能为一个整形，也可能为一个结构体。
   常用函数有如下两个：

#include　<pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
             // 比较两个线程id是否相同，相同就返回非0，否则返回0

pthread_t pthread_self(void);
             // 返回线程的id

4：线程创建

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *tidp, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_rtn)(void *), void *arg);

调用pthread_create创建一个线程，函数返回后，tidp指针所指向地方保存了线程ID， 第二个参数为创建线程的属性，可直接用NULL，这样会使用默认属性。
第三个参数为线程要执行的函数，第四个参数为该函数的参数。

调用pthread_create后，线程会自动开始执行start_rtn函数。

5：线程的终止及返回值
如果在一个线程中调用了exit, _Exit, _exit那么整个进程都会终止。
终止线程有三种方法：
（1）在线程函数中调用return语句
（2）被其他线程使用pthread_cancel函数进行终止
（3）调用pthread_exit自行终止。

线程终止时，return或者pthread_exit调用时，指定了线程函数的返回值，那该返回值可通过pthread_join()函数来获取。

#include<pthread.h>

void pthread_exit(void *rval_ptr);

int pthread_join(pthread_t tid, void **rval_ptr);
int pthread_cancel(pthread_t tid);
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);

因为线程函数的返回值为一个指针，因此pthread_join函数的第二个参数需要传入指针的指针来获得线程的返回值。
如果线程是因为pthread_cancel导致的终止，那么pthread_join获得的返回值为PTHREAD_CANCELED。

pthread_cleanup_push函数的作用是注册相应的cleanup函数，在线程退出之前或执行这些函数，类似于进程中的atexit
三种情况会调用这些cleanup函数
（1）pthread_exit调用后
（2）响应pthread_cancel函数
（3）pthread_cleanup_pop函数调用，且参数为非0值。
pthread_cleanup_pop的传入参数为0的时候，会取消上一个注册的cleanup函数。

可以看出线程使用return语句返回和使用pthread_exit返回的区别，使用return返回不会调用cleanup函数。

注意pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop函数必须成对调用。

6：线程的状态
线程处于运行或退出状态中。意思是说，当一个线程执行完成后，系统会保留其返回值还有其他部分资源，这样在调用pthread_join的时候能获取其返回值。
在调用pthread_join之后，线程处于detached状态，这时线程才算完全退出，其相关资源也被收回。
可以让一个线程在创建时设定其detached属性，于是线程执行完后，系统自动回收其资源，这时调用pthread_join无法获得其返回值。
后面讲述如何改变线程的这个属性。

7：线程同步
由于多个线程之间可能会访问同样的资源，因此为保证一致性，需要进行同步。
使用到的同步工具就是互斥锁、读写锁、条件变量

8：互斥锁

#include <pthread.h>

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);

PTHREAD_MUTEX_NORMAL
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT

int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *attr, int *type);
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);

相关的函数包含初始化与销毁互斥锁：pthread_mutex_init，pthread_mutex_destroy
使用互斥锁：pthread_mutex_lock，pthread_mutex_trylock，pthread_mutex_unlock。 trylock表示仅尝试获得锁，若无法获得，则直接返回。
互斥锁的属性设置与获取：包含两个属性process-shared属性和type
process-shared属性表示该互斥锁是否可以在多个进程中使用，其值可为PTHREAD_PROCESS_SHARED或者PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。
type属性表示互斥锁类型。默认为PTHREAD_MUTEX_NORMAL。区别如下：

type                                              relock without unlock        unlock when not owned             unlock when unlocked
PTHREAD_MUTEX_NORMAL                    死锁                                  未定义                                       未定义
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK             返回错误                            返回错误                                    返回错误
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE                允许                                  返回错误                                    返回错误

但一个线程连续的lock一个互斥锁时，默认是出现死锁，如果要允许，必须设定属性为PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE该属性主要用在将一个单线程的接口变成支持多线程的情况。
如果函数A调用了fun1和fun2，fun1和fun2都需要操作同一个全局变量。为了能多线程的调用函数A，需要在使用全局变量之前加锁。
如果fun1调用了fun2，如果使用默认的PTHREAD_MUTEX_NORMAL，则在fun1调用fun2之前需要unlock锁，但这是若有其他的线程调用了函数A，则
会出现问题，因此必须使用PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE这样才能不需要unlock，继续在fun2中调用lock

fun1：                                                        fun2:
pthread_mutex_lock(mutex);                         pthread_mutex_lock(mutex);
// 访问全局变量                                            // 访问全局变量
....                                                             pthread_mutex_unlock(mutex);
//调用fun2
fun2()
.....
pthread_mutex_unlock(mutex);

9：读写锁
读写锁，该锁有3中状态：读模式、写模式、unlock。
在读模式下，其他的线程仍然可进入读模式，但要进入写模式必须等待
在写模式下，其他线程无法进行读模式或者写模式。

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t* rwlock);           // 请求进入读模式
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t* rwlock);           // 请求进入写模式
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t* rwlock);           // unlcok

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t* rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

待续................