6 多執行緒程式設計基礎

課程內容#

進程間通信複雜 [內存空間獨立]、切換成本高 [時間局部性]，所以發明了執行緒

一個進程的分支 [pthread]，本質上是一個輕量級的進程

創建一個新的執行緒

man pthread_create
原型
- thread：執行緒 id [注意：不是數字類型，不能直接用 == 判斷，見 pthread_equal]
- attr：屬性
- arg 是 start_routine 的參數
描述
- 開啟一個新的執行緒，並執行 start_route 函數
  - start_route 函數只能收一個 arg 參數 [多個參數可用結構體封裝]
- 執行緒有4 種終結的方式 [作為工具人，死亡方式很重要]
  - ① 自殺：自己調用 pthread_exit
    - 同一進程下的執行緒可使用 pthread_join 接收它的死亡狀態 [有點像 wait]
  - ② 正常死亡：從 start_routine 函數中返回
    - 與 pthread_exit 方式等價
  - ③ 他殺：pthread_cancel
  - ④ 同歸於盡：進程中的一個執行緒調用 exit，或者主執行緒從 main 函數中返回
    - [PS] 如果一個執行緒導致內存崩潰，極有可能也產生同歸於盡的效果，即進程中的所有執行緒都死亡
- attr 可以為 NULL，對應默認屬性
- 調用成功後，會將執行緒 id 保存在 thread 變量中，後續都可以通過這個 id 使用它 [類似文件描述符]
返回值
- 0，成功；否則，失敗

執行緒自殺

man pthread_exit
❗ 執行緒自殺，將 retval 傳給 join 的執行緒 [執行緒默認是可加入的]
執行完 pthread_cleanup_push 註冊的函數，隨後釋放執行緒特有的數據
- 進程中共享的資源不會被釋放 [因為還有兄弟執行緒]
- atexit 註冊的函數不會被調用 [這是屬於進程的]
在最後一個執行緒結束後，進程以 exit (0) 的方式結束，釋放進程共享的資源，並執行 atexit 註冊的函數
【注意】執行緒和進程的關係

給一個執行緒發送取消請求 [他殺]

終止普通進程

man exit
傳給父進程的值為：status & 0377
- 注意：0377 是 8 進制，對應二進制的 8 個 1，也就是只保留 status 的低 8 位
使用 atexit 和 on_exit 註冊的函數會以與註冊相反的順序被調用
- 可以套娃：註冊的函數中還可以有註冊，並且會放在調用列表的最前面
- 如果註冊的函數沒有返回，比如調用了_exit 或者使用信號自殺，剩余的函數不會再被調用，exit 相關的處理也會被禁止
- 多次註冊函數，會被多次調用
⭐ exit 後會刷新並關閉所有標準 IO 流

等待執行緒終止

man pthread_join
可類比進程中的 wait 函數
retval 接收執行緒退出狀態
- 如果執行緒是自殺的，則複製 pthread_exit 中的 retval 值
- 如果執行緒是他殺的，則賦值為 PTHREAD_CANCELED
[思考] 這裡的 retval 是二級指針，也就是指針的指針，為什麼？
- 表面原因：pthread_exit 裡的 retval 是一個指針，按照慣例，這裡就要用二級指針了 [同理，如果接收的是一個 int 數據，這裡就用 int *]
- 進一步原因：為了可以修改傳過來的指針
- 這裡有一個博客也提到了：探討 pthread_join () 函數第二個形參為啥是二級指針問題——CSDN

分離執行緒

讓出處理器 [processor]

man pthread_yield
[類似 sleep 的效果]
該方法只用於某些系統，更標準的用法：sched_yield
- 對於協同式系統，調用此函數來主動讓出 CPU
- 對於搶佔式系統，內核會進行調度，該函數沒有太大意義，也可直接使用 sleep
- 協同式與搶佔式，詳見 4 高級進程管理 ——調度器分類

對比兩個執行緒的 id [不能直接用 == 判等]

讓一堆執行緒在池子裡待命，隨時工作

基本組成部分👇

①任務隊列：存放需要處理的任務

② 多個執行緒：時刻準備著，減少創建響應和銷毀的時間

③ 執行緒功能：do_work ()

❗ 注意：push 和 pop 的時候都需要加鎖，防止數據競爭 [饑渴的執行緒]

執行緒是誰產生的？執行緒模型

兩者的區別主要在調度上：內核執行緒由內核調度；用戶執行緒由用戶進程調度
內核執行緒的優勢
- ① 每個內核執行緒有自己的時間片。所以其進程因為有多個執行緒，會擁有更多的處理器時間；而用戶進程不會因為多分出了幾個用戶執行緒獲得更多的處理器時間
- ② 如果一個內核執行緒被阻塞，進程中剩余的執行緒還可以繼續運行。如果一個用戶執行緒被阻塞，整個進程就都會被阻塞
  - PS：如果一個內核執行緒給自己的進程發送 sleep 信號，這個執行緒依然可以繼續運行
用戶執行緒的優勢
- ① 切換成本低。不會涉及用戶態向內核態的轉換
- ② 調度算法完全由進程控制。用戶進程可以用自己的調度算法，所以自主性更好；而內核執行緒的調度，對用戶來說是一個黑箱
所以可以結合兩者的優勢，設計既有內核執行緒，也有用戶執行緒的混合式執行緒

關注：pthread_create 函數的使用
如果在創建執行緒後，沒有 usleep 或者 usleep 的時間過短，可能發生：
- 主執行緒 return，從而使所有子執行緒同歸於盡
- 此時會發生某些輸出出現兩次的情況，如①、② [③為正常輸出]
- 猜測：輸出緩衝區的問題，在執行緒突然結束時，又輸出了一次緩衝區的內容 [緩衝區沒來得及更新]
- [PS] 使用 fflush 也不能解決，可能因為執行緒是突然結束的
注意：所有執行緒都可以操作同一個地址的值