当前位置：首页 > news >正文

整理pthread库函数(线程）

news 2026/8/1 15:48:40

1. 线程创建
2. 线程退出
3. 线程等待
4. 线程取消
5. 线程清理处理程序
6. 互斥锁（Mutex）
- 6.1 初始化
- 6.2 上锁与解锁
- 6.3 尝试上锁
- 6.4 性能测量（时间获取）
7. 自旋锁（Spin Lock）
8. 读写锁（Read-Write Lock）
9. 条件变量（Condition Variable）

1. 线程创建

函数原型：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

参数说明：

thread：指向线程标识符（ID）的指针，用于获取新创建线程的 ID。
attr：线程属性指针，传入 NULL 表示使用系统默认属性。可配置属性包括：
- 分离状态（Detach State）：设为分离态后，线程终止时自动回收资源，无需主线程调用 pthread_join。
- 栈空间大小（Stack Size）：可手动调整线程栈内存，既能缩小栈空间以提升高并发下的内存利用率，又能增大栈空间防止溢出。
- 调度策略与优先级（Scheduling Policy & Priority）：允许配置 SCHED_FIFO 或 SCHED_RR 等实时调度算法并指定线程优先级，以满足高实时性或抢占式任务的需求。
start_routine：线程入口函数指针（回调函数），相当于子线程的 main 函数，由操作系统调用。
arg：传递给线程入口函数的参数，无参数时可传入 NULL。

2. 线程退出

线程退出的两种方式：

线程入口函数返回：在入口函数中执行return (void*)value;。
显式调用退出函数：在任何位置调用void pthread_exit(void *retval);。

3. 线程等待

函数原型：

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

功能：等待指定线程结束，并获取其返回值。

参数说明：

thread：要等待的线程 ID。
retval：指向线程返回值的二级指针。若不需要获取返回值，可传入 NULL。

4. 线程取消

取消线程：

int pthread_cancel(pthread_t thread);

向指定线程发送取消请求。取消操作不会立即生效，线程会运行到最近的“取消点”时才退出。

设置取消点：

void pthread_testcancel(void);

手动设置一个取消点，允许线程在此处检查并响应取消请求。

5. 线程清理处理程序

压入清理函数：

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);

弹出清理函数：

void pthread_cleanup_pop(int execute);

说明：

pthread_cleanup_push用于注册一个清理函数，当线程被取消或调用pthread_exit时，该函数会被自动调用。
pthread_cleanup_pop用于移除最近压入的清理函数。
- 若execute参数为 0，则只弹栈不执行清理函数。
- 若execute参数大于 0，则弹栈并执行清理函数。
注意：push与pop必须成对出现，且通常紧跟在可能分配资源的操作（如malloc）之后。

特殊行为：调用pthread_exit(NULL)会弹出所有已注册的清理函数，并依次执行每个清理函数。

6. 互斥锁（Mutex）

6.1 初始化

动态初始化：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

mutex：指向互斥锁变量的指针。
attr：互斥锁属性指针，通常传入 NULL 表示默认属性。

静态初始化：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

6.2 上锁与解锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

6.3 尝试上锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

尝试获取锁，若成功则返回 0；若锁已被占用，则立即返回 EBUSY，线程不会阻塞。

6.4 性能测量（时间获取）

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

用法示例：

struct timeval start, end; gettimeofday(&start, NULL); // ... 临界区代码 ... gettimeofday(&end, NULL); // 计算耗时（秒 + 微秒） long seconds = end.tv_sec - start.tv_sec; long useconds = end.tv_usec - start.tv_usec; double elapsed = seconds + useconds / 1000000.0;

7. 自旋锁（Spin Lock）

概述：自旋锁是一种高性能、低延迟的互斥锁。当线程尝试获取锁失败时，不会进入休眠状态，而是在 CPU 上执行“忙等待”（Busy-waiting）循环，不断轮询直到锁被释放。

特点：

消除了内核态上下文切换的开销。
适用于临界区执行时间极短（纳秒/微秒级）的场景。
若临界区执行时间较长，会浪费大量 CPU 资源。

初始化函数：pthread_spin_init

8. 读写锁（Read-Write Lock）

概述：读写锁是一种针对“读多写少”并发场景优化的锁机制。

基本原则：

读读共享：多个线程可以同时持有读锁。
读写互斥：读锁与写锁互斥。
写写互斥：同一时间只能有一个线程持有写锁。

优势：在大量读取、少量更新的场景下，能显著提升系统吞吐量。

初始化函数：pthread_rwlock_init

9. 条件变量（Condition Variable）

概述：条件变量是一种线程同步机制，用于实现线程间的等待/通知模式。它允许线程在某个条件不满足时挂起等待，直到其他线程改变条件并发出通知。

核心函数：

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

功能：让当前线程休眠等待，直到某个特定条件成立（被其他线程唤醒）再继续执行。

调用时内部会按顺序做 3 件事：

解锁并休眠（原子操作）：自动把传入的互斥锁 mutex 解锁，同时把当前线程放入 cond 的等待队列并让线程挂起休眠。
等待唤醒：线程处于阻塞状态，完全不消耗 CPU，直到其他线程发来唤醒信号。
被唤醒并重新加锁：被唤醒后，它会重新去抢 mutex 锁。抢锁成功后，pthread_cond_wait函数才会正式返回，继续往下执行代码。

典型使用模式：

// 1. 先加锁保护共享资源 pthread_mutex_lock(&mutex); // 2. 使用 while 检查条件（防止虚假唤醒） while (queue_is_empty) { // 条件不满足，解锁并进入休眠；被唤醒后自动重新加锁返回 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); } // 3. 此时一定满足条件，且已经持有锁，安全地处理资源 pop_data_from_queue(); // 4. 操作完毕，解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex);

相关函数：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);- 唤醒等待在该条件变量上的一个线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);- 唤醒等待在该条件变量上的所有线程
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);- 带超时的等待

查看全文

http://www.jsqmd.com/news/1307751/