在Linux中使用线程

我并不假定你会使用Linux的线程，所以在这里就简单的介绍一下。如果你之前有过多线程方面的编程经验，完全可以忽略本文的内容，因为它非常的初级。

首先说明一下，在Linux编写多线程程序需要包含头文件pthread.h。也就是说你在任何采用多线程设计的程序中都会看到类似这样的代码：

1 ＃include <pthread.h>

当然，进包含一个头文件是不能搞定线程的，还需要连接libpthread.so这个库，因此在程序连接阶段应该有类似这样的指令：
gcc program.o -o program -lpthread
1. 第一个例子
在Linux下创建的线程的API接口是pthread_create()，它的完整定义是：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *) void *arg);

当你的程序调用了这个接口之后，就会产生一个线程，而这个线程的入口函数就是start_routine()。如果线程创建成功，这个接口会返回0。
start_routine()函数有一个参数，这个参数就是pthread_create的最后一个参数arg。这种设计可以在线程创建之前就帮它准备好一些专有数据，最典型的用法就是使用C++编程时的this指针。start_routine()有一个返回值，这个返回值可以通过pthread_join()接口获得。
pthread_create()接口的第一个参数是一个返回参数。当一个新的线程调用成功之后，就会通过这个参数将线程的句柄返回给调用者，以便对这个线程进行管理。
pthread_create()接口的第二个参数用于设置线程的属性。这个参数是可选的，当不需要修改线程的默认属性时，给它传递NULL就行。具体线程有那些属性，我们后面再做介绍。
好，那么我们就利用这些接口，来完成在Linux上的第一个多线程程序，见代码1所示：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* thread( void *arg )
{
    printf( "This is a thread and arg = %d.\n", *(int*)arg);
    *(int*)arg = 0;
    return arg;
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
    pthread_t th;
    int ret;
    int arg = 10;
    int *thread_ret = NULL;
    ret = pthread_create( &th, NULL, thread, &arg );
    if( ret != 0 ){
        printf( "Create thread error!\n");
        return -1;
    }
    printf( "This is the main process.\n" );
    pthread_join( th, (void**)&thread_ret );
    printf( "thread_ret = %d.\n", *thread_ret );
    return 0;
}

代码1第一个多线程编程例子

将这段代码保存为thread.c文件，可以执行下面的命令来生成可执行文件：
$ gcc thread.c -o thread -lpthread
这段代码的执行结果可能是这样：
$ ./thread
This is the main process.
This is a thread and arg = 10.
thread_ret = 0.
注意，我说的是可能有这样的结果，在不同的环境下可能会有出入。因为这是多线程程序，线程代码可能先于第24行代码被执行。
我们回过头来再分析一下这段代码。在第18行调用pthread_create()接口创建了一个新的线程，这个线程的入口函数是start_thread()，并且给这个入口函数传递了一个参数，且参数值为10。这个新创建的线程要执行的任务非常简单，只是将显示“This is a thread and arg = 10”这个字符串，因为arg这个参数值已经定义好了，就是10。之后线程将arg参数的值修改为0，并将它作为线程的返回值返回给系统。与此同时，主进程做的事情就是继续判断这个线程是否创建成功了。在我们的例子中基本上没有创建失败的可能。主进程会继续输出“This is the main process”字符串，然后调用pthread_join()接口与刚才的创建进行合并。这个接口的第一个参数就是新创建线程的句柄了，而第二个参数就会去接受线程的返回值。pthread_join()接口会阻塞主进程的执行，直到合并的线程执行结束。由于线程在结束之后会将0返回给系统，那么pthread_join()获得的线程返回值自然也就是0。输出结果“thread_ret = 0”也证实了这一点。
那么现在有一个问题，那就是pthread_join()接口干了什么？什么是线程合并呢？
2. 线程的合并与分离
我们首先要明确的一个问题就是什么是线程的合并。从前面的叙述中读者们已经了解到了，pthread_create()接口负责创建了一个线程。那么线程也属于系统的资源，这跟内存没什么两样，而且线程本身也要占据一定的内存空间。众所周知的一个问题就是C或C++编程中如果要通过malloc()或new分配了一块内存，就必须使用free()或delete来回收这块内存，否则就会产生著名的内存泄漏问题。既然线程和内存没什么两样，那么有创建就必须得有回收，否则就会产生另外一个著名的资源泄漏问题，这同样也是一个严重的问题。那么线程的合并就是回收线程资源了。
线程的合并是一种主动回收线程资源的方案。当一个进程或线程调用了针对其它线程的pthread_join()接口，就是线程合并了。这个接口会阻塞调用进程或线程，直到被合并的线程结束为止。当被合并线程结束，pthread_join()接口就会回收这个线程的资源，并将这个线程的返回值返回给合并者。
与线程合并相对应的另外一种线程资源回收机制是线程分离，调用接口是pthread_detach()。线程分离是将线程资源的回收工作交由系统自动来完成，也就是说当被分离的线程结束之后，系统会自动回收它的资源。因为线程分离是启动系统的自动回收机制，那么程序也就无法获得被分离线程的返回值，这就使得pthread_detach()接口只要拥有一个参数就行了，那就是被分离线程句柄。
线程合并和线程分离都是用于回收线程资源的，可以根据不同的业务场景酌情使用。不管有什么理由，你都必须选择其中一种，否则就会引发资源泄漏的问题，这个问题与内存泄漏同样可怕。
3. 线程的属性
前面还说到过线程是有属性的，这个属性由一个线程属性对象来描述。线程属性对象由pthread_attr_init()接口初始化，并由pthread_attr_destory()来销毁，它们的完整定义是：
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destory(pthread_attr_t *attr);

那么线程拥有哪些属性呢？一般地，Linux下的线程有：绑定属性、分离属性、调度属性、堆栈大小属性和满占警戒区大小属性。下面我们就分别来介绍这些属性。
3.1 绑定属性
说到这个绑定属性，就不得不提起另外一个概念：轻进程（Light Weight Process，简称LWP）。轻进程和Linux系统的内核线程拥有相同的概念，属于内核的调度实体。一个轻进程可以控制一个或多个线程。默认情况下，对于一个拥有n个线程的程序，启动多少轻进程，由哪些轻进程来控制哪些线程由操作系统来控制，这种状态被称为非绑定的。那么绑定的含义就很好理解了，只要指定了某个线程“绑”在某个轻进程上，就可以称之为绑定的了。被绑定的线程具有较高的相应速度，因为操作系统的调度主体是轻进程，绑定线程可以保证在需要的时候它总有一个轻进程可用。绑定属性就是干这个用的。
设置绑定属性的接口是pthread_attr_setscope()，它的完整定义是：
int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
它有两个参数，第一个就是线程属性对象的指针，第二个就是绑定类型，拥有两个取值：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（绑定的）和PTHREAD_SCOPE_PROCESS（非绑定的）。代码2演示了这个属性的使用。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
……
int main( int argc, char *argv[] )
{
    pthread_attr_t attr;
    pthread_t th;
    ……
    pthread_attr_init( &attr );
    pthread_attr_setscope( &attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM );
    pthread_create( &th, &attr, thread, NULL );
    ……
}

代码2设置线程绑定属性
不知道你是否在这里发现了本文的矛盾之处。就是这个绑定属性跟我们之前说的NPTL有矛盾之处。在介绍NPTL的时候就说过业界有一种m:n的线程方案，就跟这个绑定属性有关。但是笔者还说过NPTL因为Linux的“蠢”没有采取这种方案，而是采用了“1:1”的方案。这也就是说，Linux的线程永远都是绑定。对，Linux的线程永远都是绑定的，所以PTHREAD_SCOPE_PROCESS在Linux中不管用，而且会返回ENOTSUP错误。
既然Linux并不支持线程的非绑定，为什么还要提供这个接口呢？答案就是兼容！因为Linux的NTPL是号称POSIX标准兼容的，而绑定属性正是POSIX标准所要求的，所以提供了这个接口。如果读者们只是在Linux下编写多线程程序，可以完全忽略这个属性。如果哪天你遇到了支持这种特性的系统，别忘了我曾经跟你说起过这玩意儿：）
3.2 分离属性
前面说过线程能够被合并和分离，分离属性就是让线程在创建之前就决定它应该是分离的。如果设置了这个属性，就没有必要调用pthread_join()或pthread_detach()来回收线程资源了。
设置分离属性的接口是pthread_attr_setdetachstate()，它的完整定义是：
pthread_attr_setdetachstat(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
它的第二个参数有两个取值：PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离的）和PTHREAD_CREATE_JOINABLE（可合并的，也是默认属性）。代码3演示了这个属性的使用。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
……
int main( int argc, char *argv[] )
{
    pthread_attr_t attr;
    pthread_t th;
    ……
    pthread_attr_init( &attr );
    pthread_attr_setscope( &attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM );
    pthread_create( &th, &attr, thread, NULL );
    ……
}

代码3设置线程分离属性

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