学习 Linux：如何创建线程 (linux 线程创建线程)
Linux是开源的操作系统，广泛用于服务器和嵌入式设备，它的高度可定制性和稳定性是其吸引开发者的重要因素之一。Linux中的线程是轻量级进程，具有更快的创建和上下文切换速度以及更低的资源消耗。本文将介绍如何使用Linux API创建线程。
创建线程的步骤
创建线程的过程包括以下步骤：
1. 包含头文件
在使用线程相关函数之前，需要包含相关的头文件。
“`c
#include
“`
2. 定义线程入口函数
线程入口函数是在线程启动后所执行的函数，该函数的返回值类型必须是void *，并且参数也必须是void *类型。我们可以在函数内部进行需要线程进行的操作。例如，下面的代码定义了一个简单的线程入口函数，它会输出一条消息。
“`c
void* thread_func(void* arg) {
printf(“Hello, world!\n”);
return NULL;
}
“`
3. 创建线程
使用pthread_create函数创建线程，该函数最多接受四个参数：存储线程ID的指针、线程属性、线程入口函数和传递给线程入口函数的参数指针。如果您不需要使用线程属性，则可以将第二个参数传递为NULL。
“`c
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
“`
4. 等待线程结束
使用pthread_join函数等待线程结束。该函数会阻塞当前线程，直到指定的线程完成执行，然后该函数才会返回。
“`c
pthread_join(tid, NULL);
“`
完整的代码
下面是一个完整的示例代码，它创建了一个线程并等待直到线程结束执行。
“`c
#include
#include
void* thread_func(void* arg) {
printf(“Hello, world!\n”);
return NULL;
}
int mn() {
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
pthread_join(tid, NULL);
return 0;
}
“`
编译并运行该程序，可以看到如下输出：
“`
Hello, world!
“`
多线程示例
下面的示例代码展示了如何使用多个线程并行执行任务。
“`c
#include
#include
void* worker(void* arg) {
int id = *((int*)arg);
printf(“Worker %d started.\n”, id);
for (int i = 0; i
printf(“Worker %d finished.\n”, id);
return NULL;
}
int mn() {
const int num_threads = 4;
pthread_t tids[num_threads];
int args[num_threads];
for (int i = 0; i
args[i] = i;
pthread_create(&tids[i], NULL, worker, &args[i]);
}
for (int i = 0; i
pthread_join(tids[i], NULL);
}
return 0;
}
“`
该程序会创建四个线程，每个线程都会执行worker函数。这里，worker函数模拟了一个计算密集型任务，每个线程都会执行一段时间。程序等待所有线程完成执行。
线程同步
在多线程编程中，由于多个线程可以同时访问共享的资源，会引发很多问题，其中最常见的问题是数据竞态。数据竞态是指多个线程在并发执行时，涉及到共享数据的操作中，由于缺乏同步，导致结果不可预知的情况。为了避免这些问题，必须使用同步机制。
Linux提供了多种同步机制，其中最常用的包括互斥锁和条件变量。互斥锁用于控制对共享资源的访问，并保证在任何时候最多只有一个线程访问该资源。条件变量用于在多个线程之间进行通信。线程可以等待条件变量的信号，并在收到信号后执行相应的操作。
互斥锁示例
下面是一个简单的互斥锁示例，它使用互斥锁来保护一个共享的计数器。
“`c
#include
#include
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int counter = 0;
void* worker(void* arg) {
for (int i = 0; i
pthread_mutex_lock(&mutex);
counter++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return NULL;
}
int mn() {
const int num_threads = 4;
pthread_t tids[num_threads];
for (int i = 0; i
pthread_create(&tids[i], NULL, worker, NULL);
}
for (int i = 0; i
pthread_join(tids[i], NULL);
}
printf(“Counter value: %d\n”, counter);
return 0;
}
“`
该程序创建了四个线程，每个线程会对计数器执行1000000次加1操作。由于该操作涉及到共享的数据，我们使用互斥锁保护计数器，确保每个线程都可以独占计数器。程序会输出计数器的最终值。
条件变量示例
下面是一个简单的条件变量示例，它使用条件变量和互斥锁来实现一个有限缓冲区，生产者线程向缓冲区写入数据，消费者线程从缓冲区读取数据。
“`c
#include
#include
#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];
int num_items = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t can_produce = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t can_consume = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void* producer(void* arg) {
for (int i = 0; i
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (num_items == BUFFER_SIZE) {
pthread_cond_wt(&can_produce, &mutex);
}
buffer[num_items++] = i;
printf(“Produced item %d\n”, i);
pthread_cond_signal(&can_consume);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return NULL;
}
void* consumer(void* arg) {
for (int i = 0; i
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (num_items == 0) {
pthread_cond_wt(&can_consume, &mutex);
}
int item = buffer[–num_items];
printf(“Consumed item %d\n”, item);
pthread_cond_signal(&can_produce);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return NULL;
}
int mn() {
pthread_t producer_tid, consumer_tid;
pthread_create(&producer_tid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&consumer_tid, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(producer_tid, NULL);
pthread_join(consumer_tid, NULL);
return 0;
}
“`
该示例中，生产者线程和消费者线程共享了一个有限大小的缓冲区，生产者线程向缓冲区写入数据，消费者线程从缓冲区读取数据，如果缓冲区已满，则生产者线程等待条件变量can_produce的信号；如果缓冲区为空，则消费者线程等待条件变量can_consume的信号。当生产者写入数据后，会发送信号给消费者，表示缓冲区已经可以消费；同样地，当消费者读取数据后，会发送信号给生产者，表示缓冲区已经可以生产。
