pthread 是 POSIX 线程库（POSIX Threads）的缩写，用于实现多线程编程。pthread库适用于 Linux 和其他 POSIX 系统，提供线程创建、同步、管理等功能。以下是一个详细的 pthread 使用教程。
1. 基本概念
- 线程：一个线程是进程中的一个执行单元，拥有自己的栈空间和寄存器，但共享同一进程的内存空间。
- 主线程和子线程：通常，创建线程的线程称为主线程，被创建的线程称为子线程。
2. 使用pthread的基本流程
2.1 包含头文件
在使用 pthread 时，首先要包含头文件：
#include <pthread.h>
2.2 编译链接 pthread 库
编译时需链接 pthread 库：
gcc -o my_program my_program.c -lpthread
3. 创建线程
3.1 pthread_create
pthread_create 函数用于创建新线程，语法如下：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
thread：指向线程标识符的指针，创建成功后将存储新线程的 ID。attr：线程属性，可设置为NULL表示使用默认属性。start_routine：线程的执行函数，必须返回void*类型并接受void*类型的参数。arg：传递给线程函数的参数。
示例：创建一个简单线程
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* thread_function(void* arg) {
printf("Hello from thread!\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
pthread_join(thread_id, NULL); // 等待线程完成
return 0;
}
4. 等待线程完成
pthread_join 用于等待线程执行完毕，阻塞主线程直至指定线程完成。
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
thread：要等待的线程标识符。retval：用于存储线程的返回值，可设为NULL表示不关心返回值。
示例：等待线程结束
pthread_join(thread_id, NULL);
5. 线程传递参数
可以通过指针将参数传递给线程函数：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* thread_function(void* arg) {
int* num = (int*)arg;
printf("Thread received: %d\n", *num);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
int value = 42;
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, &value);
pthread_join(thread_id, NULL);
return 0;
}
6. 线程同步
pthread 提供多种同步机制以避免线程间的竞争，如 互斥锁、条件变量 等。
6.1 互斥锁（Mutex）
互斥锁用于保护共享资源，保证同一时刻只有一个线程访问。
- 初始化互斥锁：
pthread_mutex_init - 加锁：
pthread_mutex_lock - 解锁：
pthread_mutex_unlock - 销毁：
pthread_mutex_destroy
示例：互斥锁保护共享资源
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;
void* thread_function(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&lock);
counter++;
printf("Counter: %d\n", counter);
pthread_mutex_unlock(&lock);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread1, thread2;
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);
pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
pthread_mutex_destroy(&lock);
return 0;
}
6.2 条件变量（Condition Variable）
条件变量允许线程在满足特定条件时继续执行，用于线程间通信。
- 初始化条件变量：
pthread_cond_init - 等待条件变量：
pthread_cond_wait - 发送信号：
pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast - 销毁条件变量：
pthread_cond_destroy
示例：条件变量实现线程同步
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int ready = 0;
pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
void* wait_function(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&lock);
while (!ready) {
pthread_cond_wait(&cond, &lock);
}
printf("Condition met, thread proceeding.\n");
pthread_mutex_unlock(&lock);
return NULL;
}
void* signal_function(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&lock);
ready = 1;
pthread_cond_signal(&cond); // 通知等待线程
pthread_mutex_unlock(&lock);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread1, thread2;
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thread1, NULL, wait_function, NULL);
pthread_create(&thread2, NULL, signal_function, NULL);
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}
7. 线程属性
pthread_attr_t 用于设置线程属性，例如分离状态、栈大小、调度策略等。
7.1 设置分离状态
分离状态使线程在终止后自动释放资源，不需要 pthread_join 等待线程完成。
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置分离状态
pthread_create(&thread_id, &attr, thread_function, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);
8. 线程取消
可以使用 pthread_cancel 取消正在运行的线程，并控制取消行为：
int pthread_cancel(pthread_t thread);
取消请求不会立即生效，取决于线程的取消状态和类型。线程可通过 pthread_setcancelstate 设置是否响应取消请求，或通过 pthread_setcanceltype 控制取消点。
9. 错误处理
线程函数通常返回 0 表示成功，其他值表示错误。可以使用 perror 或 strerror 打印错误信息。
总结
pthread 是 C 语言中强大的多线程编程库。