多线程详解，一篇文章彻底搞懂多线程中各个难点

#include <sys/syscall.h>
int TID = syscall(SYS_gettid);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
void *ThreadWork(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  printf("i am work thread:%p,   data:%dn",pthread_self(),*p);
  pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
  int i = 1;
  pthread_t tid;
  int ret = pthread_create(&tid,NULL,ThreadWork,(void*)&i);//不要传临时变量，这里是示范
  if(ret != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }
  while(1)
  {
    printf("i am main work threadn");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

#include <pthread.h>
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr,size_t stacksize);
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr,size_t *stacksize);

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);

参数：retval是返回信息，”临终遗言“，可以给可以不给

该变量不能使用临时变量。

可使用：全局变量、堆上开辟的空间、字符串常量。

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>


void *ThreadWork(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  printf("pid :  %dn",syscall(SYS_gettid));
  printf("i am work thread:%p,   data:%dn",pthread_self(),*p);
  sleep(3);
  pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
  int i = 1;
  pthread_t tid;
  int ret = pthread_create(&tid,NULL,ThreadWork,(void*)&i);//不要传临时变量，这里是示范
  if(ret != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }
  pthread_join(tid,NULL);//线程等待
  while(1)
  {
    printf("i am main work threadn");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

接口：#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);

#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abs_timeout);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#define NUMBER 4
int g_val = 100;

pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁


void *ThreadWork(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  pthread_detach(pthread_self());//自己分离自己，不用主线程回收它的资源了
  while(1)
  {
    pthread_mutex_lock(&mutex);//加锁
    if(g_val > 0)
    {
      printf("i am pid : %d,i get g_val : %dn",(int)syscall(SYS_gettid),g_val);
      --g_val;
      usleep(2);
    }
    else{
      pthread_mutex_unlock(&mutex);//在所有可能退出的地方，进行解锁
      break;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁

  }
  pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
  pthread_t tid[NUMBER];
  pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//互斥锁初始化
  int i = 0;
  for(;i < NUMBER;++i)
  {
    int ret = pthread_create(&tid[i],NULL,ThreadWork,(void*)&g_val);//不要传临时变量，这里是示范
    if(ret != 0)
    {
      perror("pthread_create");
      return -1;
     }
  }
  //pthread_join(tid,NULL);//线程等待
  //pthread_detach(tid);//线程分离
  pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁互斥锁
  while(1)
  {
    printf("i am main work threadn");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abs_timeout);

查看多个线程堆栈：thread apply all bt
跳转到线程中：t 线程号
查看具体的调用堆栈：f 堆栈号
直接从pid号用gdb调试：gdb attach pid

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#define NUMBER 2

pthread_mutex_t mutex1;//定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex2;


void *ThreadWork1(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  pthread_mutex_lock(&mutex1);
  
  sleep(2);
  
  pthread_mutex_lock(&mutex2);
  pthread_mutex_unlock(&mutex2);
  pthread_mutex_unlock(&mutex1);
  return NULL;
}

void *ThreadWork2(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  pthread_mutex_lock(&mutex2);
  
  sleep(2);
  
  pthread_mutex_lock(&mutex1);
  pthread_mutex_unlock(&mutex1);
  pthread_mutex_unlock(&mutex2);
  return NULL;
}
int main()
{
  pthread_t tid[NUMBER];
  pthread_mutex_init(&mutex1,NULL);//互斥锁初始化
  pthread_mutex_init(&mutex2,NULL);//互斥锁初始化
  int i = 0;
  int ret = pthread_create(&tid[0],NULL,ThreadWork1,(void*)&i);
  if(ret != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }
  ret = pthread_create(&tid[1],NULL,ThreadWork2,(void*)&i);
  if(ret != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }
  //pthread_join(tid,NULL);//线程等待
  //pthread_join(tid,NULL);//线程等待
  //pthread_detach(tid);//线程分离
  pthread_join(tid[0],NULL);
  pthread_join(tid[1],NULL);
  pthread_mutex_destroy(&mutex1);//销毁互斥锁
  pthread_mutex_destroy(&mutex2);//销毁互斥锁
  while(1)
  {
    printf("i am main work threadn");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

#include <pthread.h>
//销毁
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

//初始化
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
              const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

#include <pthread.h>

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //阻塞类型的读加锁接口
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //非阻塞类型的读加锁接口

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);// 非阻塞写
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//阻塞写

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP, //读者优先
PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NP, //很唬人， 但是也是读者优先
PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP, //写者优先
PTHREAD_RWLOCK_DEFAULT_NP = PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP

1. 无线程持有写锁，即_writer = 0.

2. 采用读者优先策略或者当前没有写锁申请请求，即 _nr_writers_queue = 0

3. 当满足这两个条件时，读锁请求立即获得读锁，返回之前执行_nr_readers++，表示多了一个线程正在读

4. 不满足这两个条件时，执行_nr_readers_queued++，表示增加了一个读锁等待者，然后调用futex，陷入阻塞。醒来之后，执行_nr_readers_queued- -，再次判断是否满足条件1，2

1. 无线程持有写锁，即_writer = 0.

2. 没有线程持有读锁，即_nr_readers = 0.

3. 如果上述条件满足，就会立即拿到锁，将_writer 置为当前线程的ID

4. 如果不满足，则执行_nr_writers_queue++， 表示增加了一个写锁等待者线程，然后执行futex陷入等待。醒来后，先执行_nr_writers_queue- -，再继续判断条件1，2

1. 执行_writer = 0.，表示释放写锁。

2. 根据_nr_writers_queue判断有没有写锁，如果有则唤醒一个写锁，如果没有写锁等待者，则唤醒所有的读锁等待者。

1. 执行_nr_readers- -，表示读锁占有者少了一个。

2. 判断_nr_readers是否等于0，是的话则表示当前线程是最后一个读锁占有者，需要唤醒写锁等待者或读锁等待者

3. 根据_nr_writers_queue判断是否存在写锁等待者，若有，则唤醒一个写锁等待线程

4. 如果没有写锁等待者，判断是否存在读锁等待者，若有，则唤醒全部的读锁等待者

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#define THREADCOUNT 100

static int count = 0;
static pthread_rwlock_t lock;

void* Read(void* i)
{
  while(1)
  {
    pthread_rwlock_rdlock(&lock);
    printf("i am 读线程 : %d, 现在的count是%dn", (int)syscall(SYS_gettid), count);
    pthread_rwlock_unlock(&lock);
    //sleep(1);
  }
}

void* Write(void* i)
{
  while(1)
  {
    pthread_rwlock_wrlock(&lock);
    ++count;
    printf("i am 写线程 : %d, 现在的count是: %dn", (int)syscall(SYS_gettid), count);
    pthread_rwlock_unlock(&lock);
    sleep(1);
  }
}


int main()
{
  //close(1);
  //int fd = open("./dup2_result.txt", O_CREAT | O_RDWR);
  //dup2(fd, 1);
  pthread_t tid[THREADCOUNT];
  pthread_rwlock_init(&lock, NULL);
  for(int i = 0; i < THREADCOUNT; ++i)
  {
    if(i % 2 == 0)
    {
      pthread_create(&tid[i], NULL, Read, (void*)&i);
    }
    else
    {
      pthread_create(&tid[i], NULL, Write, (void*)&i);
    }
  }

  for(int i = 0; i < THREADCOUNT; ++i)
  {
    pthread_join(tid[i], NULL);
  }

  pthread_rwlock_destroy(&lock);
  return 0;
}

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,const pthread_condattr_t *attr);

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict conpthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);

条件不会无缘无故地突然变得满足了， 必然会牵扯到共享数据的变化。所以一定要有互斥锁来保护。没有互斥锁， 就无法安全地获取和修改共享数据。

同步并没有保证互斥，而保证互斥是使用到了互斥锁。

pthread_mutex_lock(&m)
while(condition_is_false)
{
	pthread_mutex_unlock(&m);
	//解锁之后， 等待之前， 可能条件已经满足， 信号已经发出， 但是该信号可能会被错过
	cond_wait(&cv);
	pthread_mutex_lock(&m);
}

上面的解锁和等待不是原子操作。解锁以后， 调用cond_wait之前，如果已经有其他线程获取到了互斥量， 并且满足了条件， 同时发出了通知信号， 那么cond_wait将错过这个信号， 可能会导致线程永远处于阻塞状态。所以解锁加等待必须是一个原子性的操作， 以确保已经注册到事件的等待队列之前， 不会有其他线程可以获得互斥量。

那先注册等待事件， 后释放锁不行吗？注意， 条件等待是个阻塞型的接口， 不单单是注册在事件的等待队列上， 线程也会因此阻塞于此， 从而导致互斥量无法释放， 其他线程获取不到互斥量， 也就无法通过改变共享数据使等待的条件得到满足， 因此这就造成了死锁。

pthread_mutex_lock(&m);
while(condition_is_false)
	pthread_cond_wait(&v,&m);//此处会阻塞
/*如果代码运行到此处， 则表示我们等待的条件已经满足了，
*并且在此持有了互斥量
*/
/*在满足条件的情况下， 做你想做的事情。
*/
pthread_mutex_unlock(&m);

pthread_cond_wait内部会进行解锁逻辑，则一定要先放到PCB等待序列中，再进行解锁。
while(condition_is_false)
	pthread_cond_wait(&v,&m);//此处会阻塞
if(condition_is_false)
	pthread_cond_wait(&v,&m);//此处会阻塞

唤醒以后， 再次检查条件是否满足， 是不是多此一举？

因为唤醒中存在虚假唤醒（spurious wakeup） ， 换言之，条件尚未满足， pthread_cond_wait就返了。在一些实现中， 即使没有其他线程向条件变量发送信号， 等待此条件变量的线程也有可能会醒来。

条件满足了发送信号， 但等到调用pthread_cond_wait的线程得到CPU资源时， 条件又再次不满足了。好在无论是哪种情况， 醒来之后再次测试条件是否满足就可以解决虚假等待的问题。

pthread_cond_wait内部实现逻辑：

• 将调用pthread_cond_wait函数的执行流放入到PCB等待队列当中
• 解锁
• 等待被唤醒
• 被唤醒之后：

1、从PCB等待队列中移除出来

2、抢占互斥锁

情况1：拿到互斥锁，pthread_cond_wait就返回了

情况2：没有拿到互斥锁，阻塞在pthread_cond_wait内部抢锁的逻辑中

当阻塞在pthread_cond_wait函数抢锁逻辑中时，一旦执行流时间耗尽，意味着线程就被切换出来了，程序计数器就保存的是抢锁的指令，上下文信息保存的就是寄存器的值

当再次拥有CPU资源后，恢复抢锁逻辑

直到抢锁成功，pthread_cond_wait函数才会返回

7.3.3条件变量的唤醒

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_signal负责唤醒等待在条件变量上的一个线程。

pthread_cond_broadcast，就是广播唤醒等待在条件变量上的所有线程。

先发送信号，然后解锁互斥量，这个顺序是必须的嘛？

7.3.4条件变量的销毁

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

注意：

1、永远不要用一个条件变量对另一个条件变量赋值， 即pthread_cond_t cond_b = cond_a不合法， 这种行为是未定义的。

2、使用PTHREAD_COND_INITIALIZE静态初始化的条件变量， 不需要被销毁。

3、要调用pthread_cond_destroy销毁的条件变量可以调用pthread_cond_init重新进行初始化。

4、不要引用已经销毁的条件变量， 这种行为是未定义的。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#define NUMBER 2

int g_bowl = 0;
pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁
pthread_cond_t cond1;//条件变量
pthread_cond_t cond2;//条件变量


void *WorkProduct(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  while(1)
  {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(*p > 0)
    {
      pthread_cond_wait(&cond2,&mutex);//条件等待，条件不满足，陷入阻塞
    }
    ++(*p);
    printf("i am workproduct :%d,i product %dn",(int)syscall(SYS_gettid),*p);
    pthread_cond_signal(&cond1);//通知消费者
    pthread_mutex_unlock(&mutex);//释放锁
  }
  return NULL;
}

void *WorkConsume(void *arg)
{
  int *p = (int*)arg;
  while(1)
  {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(*p <= 0)
    {
      pthread_cond_wait(&cond1,&mutex);//条件等待，条件不满足，陷入阻塞
    }
    printf("i am workconsume :%d,i consume %dn",(int)syscall(SYS_gettid),*p);
    --(*p);
    pthread_cond_signal(&cond2);//通知生产者
    pthread_mutex_unlock(&mutex);//释放锁
  }
  return NULL;
}
int main()
{
  pthread_t cons[NUMBER],prod[NUMBER];
  pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//互斥锁初始化
  pthread_cond_init(&cond1,NULL);//条件变量初始化
  pthread_cond_init(&cond2,NULL);//条件变量初始化
  int i = 0;
  for(;i < NUMBER;++i)
  {
    int ret = pthread_create(&prod[i],NULL,WorkProduct,(void*)&g_bowl);
    if(ret != 0)
    {
      perror("pthread_create");
      return -1;
    }
    ret = pthread_create(&cons[i],NULL,WorkConsume,(void*)&g_bowl);
    if(ret != 0)
    {
      perror("pthread_create");
      return -1;
    }
  }
  for(i = 0;i < NUMBER;++i)
  {
    pthread_join(cons[i],NULL);//线程等待
    pthread_join(prod[i],NULL);
  }
  pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁互斥锁
  pthread_cond_destroy(&cond1);
  pthread_cond_destroy(&cond2);
  while(1)
  {
    printf("i am main work threadn");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

int pthread_cancel(pthread_t thread);

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#define NUMBER 2
int g_bowl = 0;

pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁

void clean(void *arg)
{
  printf("Clean up:%sn",(char*)arg);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);//释放锁
}

void *WorkCancel(void *arg)
{
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  pthread_cleanup_push(clean,"clean up handler");//清除函数的push
  struct timespec t = {3,0};//取消点
  nanosleep(&t,0);
  pthread_cleanup_pop(0);//清除
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void *WorkWhile(void *arg)
{
  sleep(5);
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  printf("i get the mutexn");//若能拿到资源，则表示取消清理函数成功！
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  return NULL;
}
int main()
{
  pthread_t cons,prod;
  pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//互斥锁初始化
  int ret = pthread_create(&prod,NULL,WorkCancel,(void*)&g_bowl);//该线程拿到锁，然后挂掉
  if(ret != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }
  int ret1 = pthread_create(&cons,NULL,WorkWhile,(void*)&ret);//测试该线程是否可以拿到锁
  if(ret1 != 0)
  {
    perror("pthread_create");
    return -1;
  }

  pthread_cancel(prod);//取消该线程
  pthread_join(prod,NULL);//线程等待
  pthread_join(cons,NULL);//线程等待
  pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁互斥锁
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <queue>
#include <sys/syscall.h>

#define PTHREAD_COUNT 2
int data = 0;//全局变量作为插入数据
pthread_mutex_t mutex1;
class ModelOfConProd{
  public:
    ModelOfConProd()//构造
    {
      _capacity = 10;
      pthread_mutex_init(&_mutex,NULL);
      pthread_cond_init(&_cons,NULL);
      pthread_cond_init(&_prod,NULL);
    }
    ~ModelOfConProd()//析构
    {
      _capacity = 0;
      pthread_mutex_destroy(&_mutex);
      pthread_cond_destroy(&_cons);
      pthread_cond_destroy(&_prod);
    }

    void Push(int data)//push数据，生产者线程使用的
    {
      pthread_mutex_lock(&_mutex);
      while((int)_queue.size() >= _capacity)
      {
        pthread_cond_wait(&_prod,&_mutex);
      }
      _queue.push(data);
      pthread_mutex_unlock(&_mutex);
      pthread_cond_signal(&_cons);
    }


    void Pop(int& data)//pop数据，消费者线程使用的
    {
      pthread_mutex_lock(&_mutex);
      while(_queue.empty())
      {
        pthread_cond_wait(&_cons,&_mutex);
      }
      data = _queue.front();
      _queue.pop();
      pthread_mutex_unlock(&_mutex);
      pthread_cond_signal(&_prod);
    }

  private:
    int _capacity;//容量大小，限制容量大小
    std::queue<int> _queue;//队列
    pthread_mutex_t _mutex;//互斥锁
    pthread_cond_t _cons;//消费者条件变量
    pthread_cond_t _prod;//生产者条件变量
};

void *ConsumerStart(void *arg)//消费者入口函数
{
  ModelOfConProd *cp = (ModelOfConProd *)arg;
  while(1)
  {
    cp->Push(data);
    printf("i am pid : %d,i push :%dn",(int)syscall(SYS_gettid),data);
    pthread_mutex_lock(&mutex1);//++的时候，给该全局变量加锁
    ++data;
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
  }
}


void *ProductsStart(void *arg)//生产者入口函数
{
  ModelOfConProd *cp = (ModelOfConProd *)arg;
  int data = 0;
  while(1)
  {
    cp->Pop(data);
    printf("i am pid : %d,i pop :%dn",(int)syscall(SYS_gettid),data);
  }
}


int main()
{
  ModelOfConProd *cp = new ModelOfConProd;
  pthread_mutex_init(&mutex1,NULL);
  pthread_t cons[PTHREAD_COUNT],prod[PTHREAD_COUNT];
  for(int i = 0;i < PTHREAD_COUNT; ++i)
  {
    int ret = pthread_create(&cons[i],NULL,ConsumerStart,(void*)cp);
    if(ret < 0)
    {
      perror("pthread_create");
      return -1;
    }
    ret = pthread_create(&prod[i],NULL,ProductsStart,(void*)cp);
    if(ret < 0)
    {
      perror("pthread_create");
      return -1;
    }
  }


  for(int i = 0;i < PTHREAD_COUNT;++i)
  {
    pthread_join(cons[i],NULL);
    pthread_join(prod[i],NULL);
  }


  pthread_mutex_destroy(&mutex1);

  return 0;
}