多線程編程之：Linux線程編程

（3）函數(shù)使用。

以下實(shí)例中創(chuàng)建了3個(gè)線程，為了更好地描述線程之間的并行執(zhí)行，讓3個(gè)線程重用同一個(gè)執(zhí)行函數(shù)。每個(gè)線程都有5次循環(huán)（可以看成5個(gè)小任務(wù)），每次循環(huán)之間會(huì)隨機(jī)等待1～10s的時(shí)間，意義在于模擬每個(gè)任務(wù)的到達(dá)時(shí)間是隨機(jī)的，并沒(méi)有任何特定規(guī)律。

/* thread.c */

#include stdio.h>

#include stdlib.h>

#include pthread.h>

#define THREAD_NUMBER 3 /*線程數(shù)*/

#define REPEAT_NUMBER 5 /*每個(gè)線程中的小任務(wù)數(shù)*/

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔*/

void *thrd_func(void *arg)

{ /* 線程函數(shù)例程 */

int thrd_num = (int)arg;

int delay_time = 0;

int count = 0;

printf(Thread %d is startingn, thrd_num);

for (count = 0; count  REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf(tThread %d: job %d delay = %dn,

thrd_num, count, delay_time);

}

printf(Thread %d finishedn, thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

for (no = 0; no  THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 創(chuàng)建多線程 */

res = pthread_create(thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

if (res != 0)

{

printf(Create thread %d failedn, no);

exit(res);

}

}

printf(Create treads successn Waiting for threads to finish...n);

for (no = 0; no  THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 等待線程結(jié)束 */

res = pthread_join(thread[no], thrd_ret);

if (!res)

{

printf(Thread %d joinedn, no);

}

else

{

printf(Thread %d join failedn, no);

}

}

return 0;

}

以下是程序運(yùn)行結(jié)果。可以看出每個(gè)線程的運(yùn)行和結(jié)束是獨(dú)立與并行的。

$ ./thread

Create treads success

Waiting for threads to finish...

Thread 0 is starting

Thread 1 is starting

Thread 2 is starting

Thread 1: job 0 delay = 6

Thread 2: job 0 delay = 6

Thread 0: job 0 delay = 9

Thread 1: job 1 delay = 6

Thread 2: job 1 delay = 8

Thread 0: job 1 delay = 8

Thread 2: job 2 delay = 3

Thread 0: job 2 delay = 3

Thread 2: job 3 delay = 3

Thread 2: job 4 delay = 1

Thread 2 finished

Thread 1: job 2 delay = 10

Thread 1: job 3 delay = 4

Thread 1: job 4 delay = 1

Thread 1 finished

Thread 0: job 3 delay = 9

Thread 0: job 4 delay = 2

Thread 0 finished

Thread 0 joined

Thread 1 joined

Thread 2 joined

9.2.2 線程之間的同步與互斥

由于線程共享進(jìn)程的資源和地址空間，因此在對(duì)這些資源進(jìn)行操作時(shí)，必須考慮到線程間資源訪問(wèn)的同步與互斥問(wèn)題。這里主要介紹POSIX中兩種線程同步機(jī)制，分別為互斥鎖和信號(hào)量。這兩個(gè)同步機(jī)制可以互相通過(guò)調(diào)用對(duì)方來(lái)實(shí)現(xiàn)，但互斥鎖更適合用于同時(shí)可用的資源是惟一的情況；信號(hào)量更適合用于同時(shí)可用的資源為多個(gè)的情況。

1．互斥鎖線程控制

（1）函數(shù)說(shuō)明。

互斥鎖是用一種簡(jiǎn)單的加鎖方法來(lái)控制對(duì)共享資源的原子操作。這個(gè)互斥鎖只有兩種狀態(tài)，也就是上鎖和解鎖，可以把互斥鎖看作某種意義上的全局變量。在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程掌握某個(gè)互斥鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線程能夠?qū)蚕碣Y源進(jìn)行操作。若其他線程希望上鎖一個(gè)已經(jīng)被上鎖的互斥鎖，則該線程就會(huì)掛起，直到上鎖的線程釋放掉互斥鎖為止。可以說(shuō)，這把互斥鎖保證讓每個(gè)線程對(duì)共享資源按順序進(jìn)行原子操作。

互斥鎖機(jī)制主要包括下面的基本函數(shù)。

n 互斥鎖初始化：pthread_mutex_init()

n 互斥鎖上鎖：pthread_mutex_lock()

n 互斥鎖判斷上鎖：pthread_mutex_trylock()

n 互斥鎖接鎖：pthread_mutex_unlock()

n 消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy()

其中，互斥鎖可以分為快速互斥鎖、遞歸互斥鎖和檢錯(cuò)互斥鎖。這3種鎖的區(qū)別主要在于其他未占有互斥鎖的線程在希望得到互斥鎖時(shí)是否需要阻塞等待。快速鎖是指調(diào)用線程會(huì)阻塞直至擁有互斥鎖的線程解鎖為止。遞歸互斥鎖能夠成功地返回，并且增加調(diào)用線程在互斥上加鎖的次數(shù)，而檢錯(cuò)互斥鎖則為快速互斥鎖的非阻塞版本，它會(huì)立即返回并返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。默認(rèn)屬性為快速互斥鎖。

（2）函數(shù)格式。

表9.5列出了pthread_mutex_init()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.5 pthread_mutex_init()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

表9.6列出了pthread_mutex_lock()等函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.6 pthread_mutex_lock()等函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)