pthreads linux

基础概念

pthreads（POSIX Threads）是POSIX标准定义的一种线程实现方式，用于在多核或多处理器系统上实现并发编程。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

优势

资源共享：线程之间共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等，这使得线程间的通信和数据共享变得简单高效。
轻量级：与进程相比，线程的创建和销毁开销更小，切换成本更低。
并发性：多线程可以实现真正的并行计算，提高程序的执行效率。

类型

用户级线程：完全在用户空间实现，操作系统内核对线程的存在一无所知。
内核级线程：由操作系统内核管理，每个线程都有对应的系统资源。
混合级线程：结合了用户级线程和内核级线程的特点。

应用场景

多任务处理：如Web服务器处理多个客户端请求。
实时系统：需要快速响应的系统，如游戏服务器。
图形界面：多线程可以用于处理用户输入、图形渲染等不同任务。

常见问题及解决方法

问题：线程死锁

原因：多个线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。

解决方法：

避免嵌套锁：尽量避免在一个锁的保护区域内获取另一个锁。
使用超时机制：在获取锁时设置超时时间，避免无限期等待。
资源分配顺序：确保所有线程以相同的顺序请求资源。

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

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 执行任务
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    return 0;
}

问题：线程竞争

原因：多个线程同时访问和修改共享资源，导致数据不一致。

解决方法：

互斥锁：使用互斥锁保护共享资源。
读写锁：对于读多写少的场景，使用读写锁可以提高并发性能。
原子操作：使用原子操作库函数，如atomic_add。

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

int counter = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* increment(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, increment, NULL);
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    printf("Counter: %d\n", counter);
    return 0;
}