POSIX线程库-猿码集

1. 简介

POSIX是Portable Operating System Interface（可移植操作系统接口）的缩写，是UNIX系统与操作系统的标准规范。POSIX线程库是POSIX规范中定义的一组API，用于在多线程环境下开发应用程序。这些API允许程序员创建、管理和同步多个线程，以便有效地利用多核处理器的计算能力。

2. POSIX线程库的组成

2.1 头文件

POSIX线程库的头文件包含了多个常量、类型和函数原型，这些函数原型允许程序员使用POSIX线程库的API。这些头文件都以“pthread”开头，例如：


#include <pthread.h>

pthread.h是使用POSIX线程库的基本头文件，定义了创建、管理、同步、销毁线程的函数和数据结构。

2.2 函数

POSIX线程库的函数可分为四类：

线程管理函数：包括创建线程、结束线程和线程同步等函数。

线程属性函数：用于设置和获取线程属性。

线程取消函数：用于取消一个线程的执行。

线程特定数据函数：用于处理线程特定数据。

2.3 数据类型和常量

POSIX线程库定义了多个数据类型和常量，以支持线程编程，例如：

pthread_t：线程ID

pthread_attr_t：线程属性

pthread_mutex_t：互斥锁

pthread_cond_t：条件变量

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER：互斥锁的静态初始化常量

PTHREAD_COND_INITIALIZER：条件变量的静态初始化常量

3. POSIX线程库的基本应用

下面介绍POSIX线程库的基本应用——创建和同步线程。

3.1 创建线程

在POSIX线程库中，创建线程的函数为pthread_create()，它有四个参数：

pthread_t *thread：线程ID

const pthread_attr_t *attr：线程属性

void *(*start_routine)(void*)：线程执行的函数

void *arg：传递给start_routine()函数的参数

下面是一个简单的例子：


#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
void *print_message(void *ptr);
int main()
{
    pthread_t thread;
    char *message = "Hello, World!";
    int ret;
    ret = pthread_create(&thread, NULL, print_message, (void*)message);
    if (ret) {
        printf("pthread_create failed, return code=%d\n", ret);
        return 1;
    }
    printf("Created thread ID %lu\n", thread);
    pthread_join(thread, NULL);
    return 0;
}
void *print_message(void *ptr)
{
    char *message = (char*)ptr;
    printf("%s\n", message);
    pthread_exit(NULL);
}

在上面的例子中，我们首先定义了一个线程ID：pthread_t thread。接着我们定义了一个字符串指针message，传递给print_message()函数。我们使用pthread_create()函数创建了一个线程，该线程执行print_message()函数。最后，我们使用pthread_join()函数同步线程，等待print_message()函数执行完成并退出。

3.2 同步线程

POSIX线程库支持多种线程同步机制，如互斥锁、条件变量等。下面介绍互斥锁的基本使用方法。

3.2.1 互斥锁

互斥锁是POSIX线程库中最常用的同步机制之一。它提供了一种排他访问的方式，在同一时间只允许一个线程访问临界资源。当一个线程获得了互斥锁后，其他线程试图获取锁时会被阻塞，直到锁被释放。

互斥锁的使用方法如下：

初始化互斥锁：pthread_mutex_init()

加锁：pthread_mutex_lock()

解锁：pthread_mutex_unlock()

销毁互斥锁：pthread_mutex_destroy()

下面是一个简单的例子：


#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
pthread_mutex_t mutex;
void *print_message(void *ptr);
int main()
{
    pthread_t threads[10];
    char *messages[10] = {
        "Thread 1",
        "Thread 2",
        "Thread 3",
        "Thread 4",
        "Thread 5",
        "Thread 6",
        "Thread 7",
        "Thread 8",
        "Thread 9",
        "Thread 10"
    };
    int ret;
    int i;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        ret = pthread_create(&threads[i], NULL, print_message, (void*)messages[i]);
        if (ret) {
            printf("pthread_create failed, return code=%d\n", ret);
            return 1;
        }
    }
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}
void *print_message(void *ptr)
{
    char *message = (char*)ptr;
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("%s\n", message);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_exit(NULL);
}

在上面的例子中，我们通过一个for循环创建了10个线程。每个线程执行print_message()函数，它访问了一个临界资源——标准输出。我们使用了互斥锁来保护这个临界资源，这样每次只有一个线程能够访问。最后，我们使用pthread_join()函数等待所有线程执行结束。

4. 总结

POSIX线程库提供了一组API，使程序员能够在多线程环境下编写应用程序。其中包括线程管理、线程同步等函数和数据结构。互斥锁是其中最常用的同步机制之一，它提供了一种访问临界资源的方式，保证同一时间只有一个线程访问。

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