看看多线程,其实没那么可怕----小话多线程(1)
作者：陈曦
日期：2012-8-2 9:55:28
环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]
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Q1： 对于主线程，创建一个子线程，如何传参数给它？
A： 对于pthread线程接口，线程函数参数就满足了这个要求。如下代码：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_U(uintValue) printf(#uintValue" is %lu\n", (uintValue));
#define PRINT_STR(str) printf(#str" is %s\n", (str));
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
char *s = (char *)arg;
PRINT_STR(s)
return NULL;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, "son thread");
if(ret != 0)
{
perror("pthread_create error");
return -1;
}
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
if(ret != 0)
{
perror("pthread_join error");
return -1;
}
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
运行结果：
s is son thread [Main Thread]End...
Q2： 上面的传递参数，可以将主线程内部的栈变量直接传递给子线程吗？
A： 当然可以，不管是主线程还是子线程，虽然它们的堆栈不同，但是堆栈同属进程空间，各个线程都可以使用(当然，有的是只读区域只能读)。如下代码：
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
int *i = (int *)arg;
printf("son thread i: %d\n", *i);
*i = 100; // modify main thread local var: local
return NULL;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
int local = 12;
// pass the local value to son thread
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, &local);
if(ret != 0)
{
perror("pthread_create error");
return -1;
}
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
if(ret != 0)
{
perror("pthread_join error");
return -1;
}
// now output the value that be modified by son thread
PRINT_D(local)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
上面的代码，头文件和一些宏定义和最初的代码一致，因为篇幅问题就不会一直用完整的代码了。
上面的代码中，父线程将局部变量local地址传递给子线程，子线程修改它的值； 子线程返回后，父线程再输出local的值。
son thread i: 12 local is 100 [Main Thread]End...
Q3： 子线程的返回值void *, 它如何被主线程使用？
A： 主线程调用pthread_join阻塞自己，等待子线程执行完毕； pthread_join函数的第二个参数即可接收子线程的返回值。如下代码：
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
int *i = (int *)arg;
*i = 100; // modify main thread local var: local
return (void *)*i;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
int local = 12;
void *sonthread_ret;
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, &local);
if(ret != 0)
{
perror("pthread_create error");
return -1;
}
// sonthread_ret will store the son thread's return value
ret = pthread_join(son_thread, &sonthread_ret);
if(ret != 0)
{
perror("pthread_join error");
return -1;
}
PRINT_D((int)sonthread_ret)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
上面的代码，pthread_join的第二个参数将会保存子线程返回的数值；主线程最终把它输出。结果如下：
(int)sonthread_ret is 100 [Main Thread]End...
Q4： pthread_create和pthread_join的函数返回值如果是非0，说明不成功，判断语句长度有点长，能不能缩短点？
A： 使用宏。如下：
#define PTHREAD_ERROR(func, ret, return_value) \
if((ret) != 0) \
{ \
perror(#func" error"); \
printf("ret is %d\n", (ret)); \
return (return_value); \
}
上面的main函数代码就缩短为：
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
int local = 12;
void *sonthread_ret;
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, &local);
PTHREAD_ERROR(pthread_create, ret, -1)
// sonthread_ret will store the son thread's return value
ret = pthread_join(son_thread, &sonthread_ret);
PTHREAD_ERROR(pthread_join, ret, -1)
PRINT_D((int)sonthread_ret)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
看起来关键和主体部分更容易看出来。
Q5： main函数最后的返回值改为 return -1; 后，为什么在bash中执行后，查看返回值得到的是255呢？
A： 这是因为在bash中，$?是无符号型整数，并且是1个字节的。-1在内存中1字节保存的是0xFF,所以得到255.
Q6： 子线程调用exit一样会结束进程吗？
A： 是的。但是这里要注意子线程直接结束进程主线程是否还需要做什么，同时内存和资源的释放需要得到正确处理。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_U(uintValue) printf(#uintValue" is %lu\n", (uintValue));
#define PRINT_STR(str) printf(#str" is %s\n", (str));
#define RETURN_ERROR(func, ret, return_value) \
if((ret) != 0) \
{ \
perror(#func" error"); \
printf("ret is %d\n", (ret)); \
return (return_value); \
}
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
exit(-1);
return NULL;
}
void exit_process()
{
printf("process will exit\n");
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
ret = atexit(exit_process);
RETURN_ERROR(atexit, ret, -1)
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
上面的代码中，主线程注册了进程结束事件； 在子线程中调用exit结束进程，最后的输出：
process will exit
可以看到，atexit注册的函数执行了，但是主线程最后的输出没有完成。可以看到，子线程调用exit可能导致主线程不能正常完成操作，所以需要小心调用。同时，在这里，之前的PTHREAD_ERROR宏也被改为了RETURN_ERROR.
Q7： pthread_create创建子线程返回后，子线程就可能已经执行了，有什么办法让此函数返回后子线程函数具体代码还没有开始执行？
A： 可以使用互斥体，主线程调用pthread_create前和子线程开始执行时用互斥体锁住。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_U(uintValue) printf(#uintValue" is %lu\n", (uintValue));
#define PRINT_STR(str) printf(#str" is %s\n", (str));
#define FOREVER_PRINT { while(1) printf("...");}
#define RETURN_ERROR(func, ret, return_value) \
if((ret) != 0) \
{ \
perror(#func" error"); \
printf("ret is %d\n", (ret)); \
return (return_value); \
}
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
int i = 0;
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("son thread:%d\n", i);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("pthread_create begin...\n");
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
sleep(1);
printf("pthread_create ok...\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
上面的代码，主线程创建子线程代码前面使用mutex进行了lock操作；创建完毕后，主线程睡眠1秒，然后解锁。下面是输出结果：
pthread_create begin... pthread_create ok... son thread:0 [Main Thread]End...
可以看出，尽管创建完子线程主线程睡眠1秒，因为mutex被锁住的原因，子线程函数代码还无法真正执行。
Q8： 为什么有时使用printf输出数据，执行后却看不到任何数据输出？
A： 这很可能是printf使用了缓冲导致的,如果需要及时在控制台看到输出，需要使用fflush(stdout);或者使用使用换行符作为输出结束。
Q9： 如何判断当前执行线程是否是主线程？
A： 如果仅仅在主线程或者子线程执行函数中，这基本上不需要判断就可以知道是否是主线程；但是，如果它们都调用了另外一个函数，那么在调用此函数时到底是主线程还是子线程就可能需要判断了。
pthread_t main_thread;
void print_hello()
{
if(pthread_equal(pthread_self(), main_thread))
printf("main thread call it\n");
else
printf("son thread call it\n");
printf("hello\n");
}
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
print_hello();
return NULL;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
main_thread = pthread_self(); // save main thread
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
print_hello();
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
pthread_self得到当前线程的pthread_t类型数据， 通过pthread_equal即可判断线程对应的pthread_t类型是否相同，也就可以比较线程相同。
如下输出结果：
main thread call it son thread call it hello hello [Main Thread]End...
Q10： 为什么主线程调用print_hello函数的两句printf的输出是分离的?
A： 这就体现了线程并发执行的特性，创建了子线程，它就会开始运行，它和主线程并发运行，可以说，一般情况下，根本不会知道到底是哪个线程一定会被执行，这完全依赖于操作系统的调度策略； 当然，如果有意进行了睡眠、延迟，这样会一般改变执行的顺序。如果不希望出现上面的这种分离情况，可以改代码：
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
main_thread = pthread_self(); // save main thread
print_hello();
ret = pthread_create(&son_thread, NULL, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
上面将主线程的print_hello放到创建子线程前面，就可以避免输出错乱了：
main thread call it hello son thread call it hello [Main Thread]End...
Q11： 为什么上面的两个线程各自调用printf输出，输出结果却没有出现输出数据混乱显示在一起？printf内部已经实现了互斥访问了吗？
A： 是的。POSIX标准要求ANSI I/O函数是实现互斥访问的。c语言的I/O函数在各个主流平台上，基本上都实现了互斥访问。当然，各个平台可能也保留了未实现互斥访问的I/O 函数。比如，putchar_unlocked函数等等。putchar_unlocked是和putchar对应的，前面表示没有对输出加锁，后面进行了加锁。下面就比较它们的效率：
#include <time.h>
#define MACRO_TIME_BEGIN(loopCount) \
{ \
clock_t begin, end; \
begin = clock(); \
for(int i = 0; i < (loopCount); ++i) \
{ \
#define MACRO_TIME_END \
} \
end = clock(); \
printf("\ntime is %f s\n", (double)(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC); \
}
flockfile(stdout); // lock stdout
MACRO_TIME_BEGIN(100000)
putchar_unlocked('a');
MACRO_TIME_END // 0.170801 s
funlockfile(stdout); // unlock stdout
MACRO_TIME_BEGIN(100000)
putchar('a');
MACRO_TIME_END // 0.193599 s
两个操作均操作10万次，上面的耗时表示几次测试的一个平均数值。可以看出，putchar_unlocked少了加解锁过程，耗时少一些。
Q12： 对于新创建的线程，可以修改它的堆栈大小吗？
A： 对于主线程，可以根据系统或者编译器设置堆栈大小； 对于子线程，可以通过pthread_attr_setstacksize来设置堆栈大小，但是必须在创建线程时传入此属性参数。如下首先是获取堆栈大小的示例：
// son thread
void *son_thread_func(void *arg)
{
// use a 512KB stack， buf is too big that it will crash
char buf[524288] = {0};
return NULL;
}
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
pthread_attr_t thread_attr;
size_t stack_size;
ret = pthread_attr_init(&thread_attr);
RETURN_ERROR(pthread_attr_init, ret, -1)
ret = pthread_attr_getstacksize(&thread_attr, &stack_size);
RETURN_ERROR(pthread_attr_getstacksize, ret, -1)
PRINT_U(stack_size)
ret = pthread_create(&son_thread, &thread_attr, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
ret = pthread_attr_destroy(&thread_attr);
RETURN_ERROR(pthread_attr_destroy, ret, -1)
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
pthread_create的第二个参数传入了pthread_attr_t类型的属性参数，此属性中包含了堆栈大小。运行：
stack_size is 524288 Bus error: 10
可以看到，子线程堆栈大小默认为524288， 即512KB. 后面的执行出现错误了。使用xcode调试，
可以看出，确实在子线程栈对象buf处出现了异常。对于堆栈大小，mac系统默认主线程为8MB， 子线程默认512KB， ios上主线程默认1MB， 子线程为512KB.下面就通过代码来修改子线程堆栈，使得子线程不崩溃：
// main thread
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t son_thread;
int ret;
pthread_attr_t thread_attr;
size_t stack_size;
ret = pthread_attr_init(&thread_attr);
RETURN_ERROR(pthread_attr_init, ret, -1)
ret = pthread_attr_getstacksize(&thread_attr, &stack_size);
RETURN_ERROR(pthread_attr_getstacksize, ret, -1)
PRINT_U(stack_size)
// set big stack, than the son thread won't crash
ret = pthread_attr_setstacksize(&thread_attr, stack_size * 2);
RETURN_ERROR(pthread_attr_setstacksize, ret, -1)
ret = pthread_attr_getstacksize(&thread_attr, &stack_size);
RETURN_ERROR(pthread_attr_getstacksize, ret, -1)
printf("stack_size new value: %d\n", stack_size);
ret = pthread_create(&son_thread, &thread_attr, son_thread_func, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_create, ret, -1)
ret = pthread_attr_destroy(&thread_attr);
RETURN_ERROR(pthread_attr_destroy, ret, -1)
ret = pthread_join(son_thread, NULL);
RETURN_ERROR(pthread_join, ret, -1)
printf("[Main Thread]End...\n");
return 0;
}
输出结果：
stack_size is 524288 stack_size new value: 1048576 [Main Thread]End...
程序正常结束。
这篇主要讲述了多线程创建的基本过程，下一篇将是多线程退出需要注意的地方。
作者：陈曦
日期：2012-8-2 9:55:28
环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]
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