Linux中多线程详解及简单实例

简介

在Linux系统下，多线程是一种常见的编程方法，能够有效提高程序的运行效率。本篇文章将从多线程的概念、使用方法以及简单实例展开讨论。

多线程概念

多线程是指在一个进程（process）内部，存在多个独立运行的线程（thread），每个线程都有自己的执行序列和程序计数器。多线程可以利用多核CPU并行处理任务，提高程序的运行效率。另外，多线程之间共享进程的资源，包括变量、文件等，相比于多进程通信的成本更低。

多线程使用方法

头文件和编译选项

使用多线程需要包含pthread.h头文件，并在编译时添加-lpthread选项，例如：

gcc -o output program.c -lpthread

创建线程

在Linux系统中，使用pthread_create函数创建线程，其定义如下：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

参数说明：
- thread：创建的线程ID
- attr：线程的属性，如果为NULL则使用默认属性
- start_routine：线程执行函数，该函数的返回值必须为void*
- arg：传递给start_routine的参数

等待线程

使用pthread_join函数等待线程结束，其定义如下：

int pthread_join(pthread_t *thread, void **retval);

参数说明：
- thread：指定要等待结束的线程ID
- retval：线程返回值，如果不关心则传递NULL

线程退出

如果需要在线程执行结束后退出线程，需要使用pthread_exit函数，其定义如下：

void pthread_exit(void *retval);

参数说明：
- retval：线程的返回值

多线程示例

下面将通过两个示例分别进行演示。

示例一：计算1-100的和

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *sum(void *param) {
    int result = 0;
    int i;
    for(i = 1; i <= 100; i++)
        result += i;
    pthread_exit((void *)result);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t tid;
    void *status;
    pthread_create(&tid, NULL, sum, NULL);
    pthread_join(tid, &status);
    printf("Sum is %d.\n", (int)status);
    return 0;
}

该示例中，我们使用pthread_create函数创建了一个新线程，执行sum函数计算1-100的和，然后通过pthread_join函数等待线程结束并获取线程返回值，最后输出计算结果。

示例二：两个线程交替输出

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void *func1(void *arg) {
    int i;
    for(i = 1; i <= 10; i += 2) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("%d\n", i);
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

void *func2(void *arg) {
    int i;
    for(i = 2; i <= 10; i += 2) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        printf("%d\n", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_create(&tid1, NULL, func1, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, func2, NULL);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    return 0;
}

该示例中，我们创建了两个线程，分别执行func1和func2函数，这两个函数将交替输出1~10之间的偶数和奇数。使用pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock函数保证每次只有一个线程能够输出，使用pthread_cond_wait和pthread_cond_signal实现线程之间的同步。

总结

本篇文章详细讲解了Linux中多线程的概念、使用方法以及两个简单的示例。多线程是一种常见的编程方式，它可以提高程序运行效率，但同时也需要开发者注意线程之间的同步与互斥。