初识线程, 常用的 `pthread` 系列接口介绍

现在, 什么也别问, 先看代码和现象.

代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void * task(void * args) {
    while (1) {
        printf("这是一个新线程\n");
        //让它打印慢一些
        sleep(1);
    }
}

int main(void) {
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, &task, NULL);
    while (1) {
        printf("这是主线程\n");
        sleep(1);
    }    

    return 0;
}

输出:

vivit@Xen:test_thread$ ./a.out 
这是主线程
这是一个新线程
这是主线程
这是一个新线程
这是主线程
这是一个新线程
这是一个新线程
这是主线程

我们可以直观得感受到, main() 函数中的 while 循环和 task() 函数中的 while 循环同时被执行了. 不对啊, 我没在 main() 函数中调用这个函数, 它是怎么跑起来的?

怎么样? 是不是和用 fork() 函数写子进程的时候特别像? 父子进程一起执行相同或不同的代码块. 甚至连执行顺序不一定这个特性都符合了.

现在, 我们注意这行代码, 其他的先别管:

pthread_create(&tid, NULL, &task, NULL);

重点看第三个参数, 它是我们的 task() 函数的地址. 这里 task() 函数唯一一处在 main() 函数中出现, 以上现象的原因绝对跟它脱不了干系.

不绕圈子了, 其实这就是传说中的创建线程. 这一行代码的任务就是创建一个线程, 并让这个线程去执行 task() 函数.

现在, 我们把代码升级一下:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#define MAX 5
void * task(void * args) {
    while (1) {
        printf("这是一个新线程: %ld\n", (long)args);
        sleep(1);
    }
}

int main(void) {
    pthread_t tid[MAX];
    for (long i = 0; i < MAX; i++) {
        pthread_create(&tid[i], NULL, &task, (void *)i);
        printf("线程%d已创建\n", tid[i]);
    }
    while (1) {
        printf("这是主线程\n");
        sleep(1);
    }    

    return 0;
}

这一次的输出, 明显比上一次热闹得多. 因为我们创建了5个线程. 而这5个线程都在打印.

vivit@Xen:test_thread$ ./a.out 
线程274405056已创建
这是一个新线程: 0
线程266012352已创建
这是一个新线程: 1
线程257619648已创建
这是一个新线程: 2
线程249226944已创建
这是一个新线程: 3
线程240834240已创建
这是主线程
这是一个新线程: 4
这是一个新线程: 0

同时我们修改了第4个参数:

pthread_create(&tid, NULL, &task, (void *)i);

在 task() 函数中:

printf("这是一个新线程: %ld\n", (long)args);

再结合输出, 我们可以得出结论: 第4个参数, 是传给第3个函数的, 不过在传递的过程中需要适当的类型转换.

注意这里, 我们在 for() 循环中加了这句:

printf("线程%d已创建\n", tid[i]);

进程有自己的 pid, 线程也有自己的 tid. 不过这一长串打印出来的是什么鬼? 为什么没有进程的 pid 那样优雅, 而是一个很大的数? 我们暂不关心, 后面再说.

通过以上内容, 我们可以推出: 创建一个线程, 就是让进程运行中, 多执行一个函数, 并且我们可以给它传参. 但指定的函数, 类型必须是 void * (void *).

线程创建

现在我们来说一说我们刚才写的代码, 由于其他的语句全是一些打印, 循环, 没有什么好说的. 我们的重点应该放在 pthread_create() 函数上.

函数原型:

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                  void *(*start_routine) (void *), void *arg);

作用: 创建线程

注意: 一些匪夷所思的数据类型

pthread_t 实际上就是一个无符号长整型, 定义如下:

typedef unsigned long int pthread_t;

void * (*start_routine) (void *) 这是一个函数指针 start_routine 它指向返回类型为空类型指针, 且参数也为空类型指针的函数.

好, 正式来看看它的参数:

• thread: 输出型参数, 以输出型参数的形式带回线程 tid
• 第二个参数, 我们暂不关心, 直接设置为 NULL
• start_routine: 给线程指定的任务(函数)的指针
• arg: 给任务函数的参数

通过它的原型, 我们可以看到, pthread_create() 函数对指定线程执行的函数是有要求的, 它必须是 void * (void *) 类型的, 即返回值和参数都是空类型指针.

返回值:

• 成功时: 返回0
• 失败时: 返回一个错误的值, 并且不会修改 thread