多线程编程实例

编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a。

函数pthread_create用来创建一个线程，它的原型为：extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr, void *(*__start_routine) (void *), void *__arg)); 第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。

当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败。

函数pthread_join用来等待一个线程的结束。

函数原型为：extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return)); 第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。

这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。

一个线程的结束有两种途径，一种是象我们上面的例子一样，函数结束了，调用它的线程也就结束了；另一种方式是通过函数pthread_exit来实现。

它的函数原型为：extern void pthread_exit __P ((void *__retval)) __attribute__ ((__noreturn__));最简单的线程程序：/* example.c*/#include <stdio.h>#include <pthread.h>void thread(void){int i;for(i=0;i<3;i++)printf("This is a pthread.\n");}int main(void){pthread_t id;int i,ret;ret=pthread_create(&id,NULL,(void *) thread,NULL);if(ret!=0){printf ("Create pthread error!\n");exit (1);}for(i=0;i<3;i++)printf("This is the main process.\n");pthread_join(id,NULL);return (0);}输出是什么样子？和进程相比，线程的最大优点之一是数据的共享性，各个进程共享父进程处沿袭的数据段，可以方便的获得、修改数据。

但这也给多线程编程带来了许多问题。

我们必须当心有多个不同的线程访问相同的变量。

许多函数是不可重入的，即同时不能运行一个函数的多个拷贝（除非使用不同的数据段）。

在函数中声明的静态变量常常带来问题，函数的返回值也会有问题。

因为如果返回的是函数内部静态声明的空间的地址，则在一个线程调用该函数得到地址后使用该地址指向的数据时，别的线程可能调用此函数并修改了这一段数据。

在进程中共享的变量必须用关键字volatile来定义，这是为了防止编译器在优化时（如gcc中使用-OX参数）改变它们的使用方式。

为了保护变量，我们必须使用信号量、互斥等方法来保证我们对变量的正确使用。

int square(volatile int *ptr){return *ptr * *ptr;}这个程序有什么错误？这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：int square(volatile int *ptr){int a,b;a = *ptr;b = *ptr;return a * b;}由于*ptr的值可能被意想不到地改变，因此a和b可能是不同的。

结果，这段代码可能返不是你所期望的平方值！正确的代码如下：long square(volatile int *ptr){int a;a = *ptr;return a * a;}互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。

必要性显而易见：假设各个线程向同一个文件顺序写入数据，最后得到的结果一定是灾难性的。

下面一段代码是一个读/写程序，它们公用一个缓冲区，并且我们假定一个缓冲区只能保存一条信息。

即缓冲区只有两个状态：有信息或没有信息。

void reader_function ( void );void writer_function ( void );char buffer;int buffer_has_item=0;pthread_mutex_t mutex;struct timespec delay;void main ( void ){pthread_t reader;/* 定义延迟时间*/_sec = 2;_nec = 0;/* 用默认属性初始化一个互斥锁对象*/pthread_mutex_init (&mutex,NULL);pthread_create(&reader, pthread_attr_default, (void *)&reader_function), NULL);writer_function( );}void writer_function (void){while(1){/* 锁定互斥锁*/pthread_mutex_lock (&mutex);if (buffer_has_item==0){buffer=make_new_item( );buffer_has_item=1;}/* 打开互斥锁*/pthread_mutex_unlock(&mutex);pthread_delay_np(&delay);}}读操作如何实现？void reader_function(void){while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);if(buffer_has_item==1){consume_item(buffer);buffer_has_item=0;}pthread_mutex_unlock(&mutex);pthread_delay_np(&delay);}}信号量被用来控制对公共资源的访问。

当公共资源增加时，调用函数sem_post（）增加信号量。

只有当信号量值大于０时，才能使用公共资源，使用后，函数sem_wait（）减少信号量。

下面我们逐个介绍和信号量有关的一些函数，它们都在头文件/usr/include/semaphore.h中定义。

P: ？？V: ？？信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。

函数sem_init（）用来初始化一个信号量。

它的原型为：extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。

函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。

当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。

函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。

下面我们来看一个使用信号量的例子。

在这个例子中，一共有4个线程，其中两个线程负责从文件读取数据到公共的缓冲区，另两个线程从缓冲区读取数据作不同的处理（加和乘运算）。

/* File sem.c */#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define MAXSTACK 100int stack[MAXSTACK][2];int size=0;sem_t sem;/* 从文件1.dat读取数据，每读一次，信号量加一*/ void ReadData1(void){FILE *fp=fopen("1.dat","r");while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d %d",&stack[size][0],&stack[size][1]);sem_post(&sem);++size;}fclose(fp);}/*从文件2.dat读取数据*/void ReadData2(void){FILE *fp=fopen("2.dat","r");while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d %d",&stack[size][0],&stack[size][1]);sem_post(&sem);++size;}fclose(fp);}/*阻塞等待缓冲区有数据，读取数据后，释放空间，继续等待*/void HandleData1(void){while(1){sem_wait(&sem);printf("Plus:%d+%d=%d\n",stack[size][0],stack[size][1],st ack[size][0]+stack[size][1]);--size;}}void HandleData2(void){while(1){sem_wait(&sem);printf("Multiply:%d*%d=%d\n",stack[size][0],stack[size][ 1],stack[size][0]*stack[size][1]);--size;}}int main(void){pthread_t t1,t2,t3,t4;sem_init(&sem,0,0);pthread_create(&t1,NULL,(void *)HandleData1,NULL);pthread_create(&t2,NULL,(void *)HandleData2,NULL);pthread_create(&t3,NULL,(void *)ReadData1,NULL);pthread_create(&t4,NULL,(void *)ReadData2,NULL);/* 防止程序过早退出，让它在此无限期等待*/pthread_join(t1,NULL);}生产者-消费者？使用pthread在线程之间实现。