1. 什么是Linux C线程编程
在深入了解Linux C线程编程之前，我们先来了解一下什么是线程。线程是在程序中执行的一段独立的代码，它能够与其他线程并行工作，共享相同的资源。Linux C线程编程是指使用C语言编写多线程程序的技术。
在多线程编程中，线程是程序执行的最小单位。与传统的单线程程序相比，多线程程序具有以下优势：
提高程序的响应速度：当一个线程阻塞时，其他线程可以继续执行。
提高系统资源利用率：多个线程可以同时使用同一份资源，避免资源的浪费。
简化程序结构和逻辑：将复杂的任务拆分为多个线程，每个线程负责独立的子任务，有利于代码的维护和扩展。
接下来，我们将深入探讨Linux C线程编程的相关知识。
2. 创建线程
2.1 pthread库
pthreads是POSIX（Portable Operating System Interface）线程库的缩写，它提供了创建、同步和销毁线程的函数。在Linux系统中，C语言的线程编程主要使用pthread库。
下面是一个简单的创建线程的示例：
#include
#include
void* thread_func(void* arg) {
printf("Hello from thread!\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL);
pthread_join(thread, NULL);
printf("Thread finished.\n");
return 0;
}
上述代码中，我们通过pthread_create函数创建一个新的线程，该线程将执行thread_func函数。pthread_join函数用于等待线程执行完成。
这段代码介绍了pthread库的基本用法，包括线程的创建、执行和等待。这是Linux C线程编程的基础知识，一定要掌握。
2.2 线程参数传递
有时候我们需要向线程传递一些参数，可以通过void指针来实现：
#include
#include
void* thread_func(void* arg) {
int* num_ptr = (int*) arg;
printf("Number received: %d\n", *num_ptr);
return NULL;
}
int main() {
int num = 42;
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, NULL, thread_func, &num);
pthread_join(thread, NULL);
return 0;
}
上述代码中，我们将一个整数参数传递给线程thread_func，通过将其地址作为参数传递给pthread_create函数。在thread_func函数中，我们将void指针转换为int指针，并获取传递的参数。
这段代码演示了如何向线程传递参数，是实际应用中常用的技术。
3. 线程同步机制
3.1 互斥锁
互斥锁是一种用于保护共享资源的机制，它确保同一时间只有一个线程能够访问被保护的资源。在pthread库中，我们可以使用pthread_mutex_t类型的变量来创建互斥锁。
下面是一个使用互斥锁保护临界区的示例：
#include
#include
int global_var = 0;
pthread_mutex_t mutex;
void* thread_func(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
global_var++;
printf("Thread: %d\n", global_var);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t threads[10];
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
上述代码中，我们创建了10个线程，每个线程都将全局变量global_var加1，并输出结果。为了保证对global_var的访问不会产生竞争条件，我们使用了互斥锁进行同步。
这段代码展示了如何使用互斥锁来保护共享资源，避免线程间的竞争条件。
3.2 条件变量
条件变量是一种在多线程环境下进行线程同步的机制，它允许线程等待特定的条件满足后再继续执行。在pthread库中，我们可以使用pthread_cond_t类型的变量来创建条件变量。
下面是一个使用条件变量的示例：
#include
#include
int flag = 0;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void* thread_func(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (flag == 0) {
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
printf("Thread: flag is set\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&mutex);
flag = 1;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_join(thread, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}
上述代码中，我们创建了一个线程，在线程中通过pthread_cond_wait函数等待条件变量的满足，如果flag为0，则线程阻塞。在主线程中，我们在一秒钟后将flag设置为1，并通过pthread_cond_signal函数通知其他线程条件已满足。
这段代码演示了如何使用条件变量进行线程同步，是处理复杂同步问题的常用技术。
4. 线程池
线程池是一种管理线程的技术，它可以避免线程频繁创建和销毁的开销，提高线程的复用率。在Linux C线程编程中，使用线程池可以有效地管理大量的任务。
下面是一个简单的线程池示例：
#include
#include
typedef struct {
void (*task_func)(void*);
void* task_arg;
} Task;
pthread_t* threads;
Task* task_queue;
int queue_size;
int task_count;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void* thread_func(void* arg) {
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (task_count == 0) {
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
Task task = task_queue[--task_count];
pthread_mutex_unlock(&mutex);
task.task_func(task.task_arg);
}
return NULL;
}
void task_func1(void* arg) {
int* num_ptr = (int*) arg;
printf("Task 1: Number received: %d\n", *num_ptr);
}
void task_func2(void* arg) {
int* num_ptr = (int*) arg;
printf("Task 2: Number received: %d\n", *num_ptr);
}
void add_task(void (*task_func)(void*), void* task_arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
task_queue[task_count].task_func = task_func;
task_queue[task_count].task_arg = task_arg;
task_count++;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
int main() {
int num1 = 42;
int num2 = 88;
queue_size = 10;
task_count = 0;
threads = malloc(sizeof(pthread_t) * queue_size);
task_queue = malloc(sizeof(Task) * queue_size);
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
for (int i = 0; i < queue_size; i++) {
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
}
add_task(task_func1, &num1);
add_task(task_func2, &num2);
for (int i = 0; i < queue_size; i++) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
free(threads);
free(task_queue);
return 0;
}
上述代码中，我们创建了一个线程池，包含了一定数量的工作线程。通过调用add_task函数，我们可以向线程池中添加任务，并由空闲的工作线程处理。任务队列使用互斥锁和条件变量进行线程同步。
这段代码展示了如何创建和使用线程池，是开发多线程应用程序的重要技术。
5. 总结
本文深入浅出地介绍了Linux C线程编程的基础知识，包括线程的创建、参数传递、线程同步机制和线程池技术。通过学习这些内容，我们可以更加灵活高效地编写多线程程序，并充分利用系统资源，提高程序的执行效率。
通过掌握Linux C线程编程，我们可以更好地理解和应用多线程技术，提升我们的编程能力。