C语言中的多线程简介

时间:2024-10-19 07:45:01

线程 Thread

专业术语称之为程序执行流的最小单元 。线程是不会执行程序的,可以理解成线程就是一个载体,将 要执行的代码 运送到CPU进行处理。

多线程就是多个线程同时并发执行。

(注意并发与并行的区别,并行同时执行不同的任务,并行是交替执行不同的任务。)

1,为什么要用多线程?

1)避免阻塞

单个线程中的程序,是按照顺序执行的,排在前面的程序如果发生异常卡住(阻塞),会影响到后面的程序执行。多线程就等于是异步调用,避免这个情况。

2)避免CPU的空转

这个比如一个网页,如果是单线程的话,服务器处理一条请求后,会等待下一个请求,这时候CPU处于一个闲置的状态。多线程能避免这个问题。

3)提升效率

避免了1,2的问题,效率自然就提高了,归根结底也是为了这点。

2,线程与进程的区别

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位,线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,线程只是一段程序的执行。

比如打开了一个软件(比如说QQ),能从任务管理器,就能看到有QQ这样一个进程,这时候想跟别人聊个天,打开对话框,这就是运行一个线程;查看一下聊天的这个人的资料,这又运行了另外一个线程。 

同一个进程下的线程是资源共享的,进程与进程直间都是独立的。

写了几个简单程序来说明一下,怎么使用线程,线程中的问题。

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  • 创建一个线程,看
#include <>
#include <>
#include <> 
// 使用线程时需要添加<>这个头文件
// myfunc 线程携带的函数;固定为Void*型
myfunc(void* args){
		printf("hello world\n");
	return NULL;
}

int main(){
    //  声明线程th1 
    pthread_t th1; 
    pthread_create(&th1,NULL,(void*)myfunc,NULL); 
    pthread_join(th1,NULL); 
}

C语言的程序中要使用线程,需要添加<>这个头文件
myfunc()是这个线程要携带执行的程序 ,函数与函数的参数,都是必须是 void* 类 ,涉及到调用和传值时需要进行类型强转。

主函数中,先对线程进行一个声明, pthread_t th1;  使用 pthread_create()对th1进行创建。

pthread_create()中有4个参数

1要创建的线程id(th1);  2设置线程的属性(没有特殊需求时填NULL就可以了)  ; 3线程要运行的函数的地址(myfunc);4是要向运行的那个函数传参(myfunc()中的args),args 也是void*类型。

pthread_join()函数的功能是等待一个线程的结束,它是一个线程阻塞的函数。

pthread_join有两个参数:指定要等待的线程id;接收线程函数的返回值。

运行这个程序看看

如果没有pthread_join,终端可能会没有打印,因为主函数执行结束,线程中的函数还没有执行完成。

一个多线程的例子,来演示说明下线程的是并发执行

// 创建两个线程  
void* myfunc(void* args){
	int i;
	char* name = (char*)args;
	for(i=1;i<50;i++){
		printf("%s:%d\n",name,i);
	}
	return NULL;
}

int main(){

	pthread_t th1;
	pthread_t th2;
	
	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,"th1");
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,"th2");

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);	

}

两个线程,都去调用这个myfunc()函数,运行结果如下

从这个程序的运行结果,能看出th1运行到17时,th2开始运行了,而这时th1没有继续打印,能看出th1与th2是并发执行的。两个线程的执行顺序是不确定的,重复运行这个程序的结果也会不同。

这个程序里使用到了pthread_create()中的第四个参数向 myfunc传参。

int s =0;

void* myfunc(void* args){
	int i =0;
	for(i=0;i<10000;i++){
	s++;	
	}
	return NULL;
}
int main(){
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,NULL);

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);

	printf("s=%d\n",s);

	return 0;
}
// 用两个线程去执行myfunc函数 , 理想值应该为20000 

编译后运行结果如下

这个函数里用了一个全局变量s,执行函数是一个10000的累加,理想的运行结果应该是20000,我这里运行了3次这个程序,每次的结果都不同。 用这个演示来表示一下,多线程之间是资源共享的。 

s++ 是有三个步的,读取s,s+1,写入s。 

在程序运行的某个时刻,th1携带myfunc执行s++,读取s,此时s=100,进行s+1, 与此同时th2也开始读取s,此时的s还是等于100, 这时th1,执行写入s=101,th2执行s++,写入s ,s=101. th2中的s 就会覆盖掉 th1中的s 。这样造成了结果的误差。

    手绘感受一下,绝对记忆深刻。·

这个问题有的名字 叫 race conditon

那么怎么解决这样问题呢? 应该听过一个词, 锁 

对中的线程进行一个加锁

int s =0;

pthread_mutex_t lock;   //定义一个锁

void* myfunc(void* args){
	pthread_mutex_lock(&lock); //上锁
	int i =0;
	for(i=0;i<10000;i++){
	s++;	
	}
	pthread_mutex_unlock(&lock);//解锁
	return NULL;
}
int main(){
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_mutex_init(&lock,NULL); //初始化lock这个锁	
	
	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,NULL);

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);

	printf("s=%d\n",s);

	return 0;
}

运行结果

锁的作用是什么呢? 

前面说过多线程是并发执行的,th1运行后 进行了加锁,th2这时候想要运行,就必须等待th1解锁之后才行。

(一个卫生间,多个人要用,第一个人进去之后,把门锁上了,后边的人就得排队等着,第一个方便完了,解锁开门出来,第二个人进去,继续锁门……)

锁 在提高程序的安全性的同时,也降低了程序的效率。

锁的使用方法

pthread_mutex_t lock;  声明一个锁

pthread_mutex_init(&lock,NULL); 对声明的锁进行初始化

pthread_mutex_lock(&lock); //上锁 此时其他线程就开始等待

pthread_mutex_lock(&unlock); //解锁  其他线程可以使用资源了

死锁!

拿上边举例,th1运行后,th2会等待th1解锁,才能运行,如果程序出现错误中断了,th1没有执行完,重新启动后,th1又重新执行,这时候th2排在th1前边,需要等待th1的解锁 ,而th1又在等待th2结束。 这样就造成了相互等待的情况,这个就是死锁。

额外

多线程的目的

可以充分利用CPU资源,并发去做很多事,提高使用率,减少计算时间。

线程是不是越多越好?

    肯定不是,要考虑线程的创建时间+销毁时间 ,选择一个适当的数量。