Posix线程编程指南(2)

时间 2020-11-29

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原文原文链接

这是一个关于Posix线程编程的专栏。做者在阐明概念的基础上，将向您详细讲述Posix线程库API。本文是第2篇将向您讲述线程的建立与取消。

一．概念及做用
在单线程程序中，咱们常常要用到"全局变量"以实现多个函数间共享数据。在多线程环境下，因为数据空间是共享的，所以全局变量也为全部线程所共有。但有时应用程序设计中有必要提供线程私有的全局变量，仅在某个线程中有效，但却能够跨多个函数访问，好比程序可能须要每一个线程维护一个链表，而使用相同的函数操做，最简单的办法就是使用同名而不一样变量地址的线程相关数据结构。这样的数据结构能够由Posix线程库维护，称为线程私有数据（Thread-specific Data，或TSD）。

二．建立和注销
Posix定义了两个API分别用来建立和注销TSD：

int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destr_function) (void *))

该函数从TSD池中分配一项，将其值赋给key供之后访问使用。若是destr_function不为空，在线程退出（pthread_exit()）时将以key所关联的数据为参数调用destr_function()，以释放分配的缓冲区。

不论哪一个线程调用pthread_key_create()，所建立的key都是全部线程可访问的，但各个线程可根据本身的须要往key中填入不一样的值，这就至关于提供了一个同名而不一样值的全局变量。在LinuxThreads的实现中，TSD池用一个结构数组表示：

static struct pthread_key_struct pthread_keys[PTHREAD_KEYS_MAX] = { { 0, NULL } };

建立一个TSD就至关于将结构数组中的某一项设置为"in_use"，并将其索引返回给*key，而后设置destructor函数为destr_function。

注销一个TSD采用以下API：

int pthread_key_delete(pthread_key_t key)

这个函数并不检查当前是否有线程正使用该TSD，也不会调用清理函数（destr_function），而只是将TSD释放以供下一次调用pthread_key_create()使用。在LinuxThreads中，它还会将与之相关的线程数据项设为NULL（见"访问"）。

三．访问
TSD的读写都经过专门的Posix Thread函数进行，其API定义以下：

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *pointer)
void * pthread_getspecific(pthread_key_t key)

写入（pthread_setspecific()）时，将pointer的值（不是所指的内容）与key相关联，而相应的读出函数则将与key相关联的数据读出来。数据类型都设为void *，所以能够指向任何类型的数据。

在LinuxThreads中，使用了一个位于线程描述结构（_pthread_descr_struct）中的二维void *指针数组来存放与key关联的数据，数组大小由如下几个宏来讲明：

#define PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE 32
#define PTHREAD_KEY_1STLEVEL_SIZE ((PTHREAD_KEYS_MAX + PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE - 1)/PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE) 
其中在/usr/include/bits/local_lim.h中定义了PTHREAD_KEYS_MAX为1024，所以一维数组大小为32。
而具体存放的位置由key值通过如下计算获得：
idx1st = key / PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZEidx2nd = key % PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE

也就是说，数据存放与一个32×32的稀疏矩阵中。一样，访问的时候也由key值通过相似计算获得数据所在位置索引，再取出其中内容返回。

四．使用范例
如下这个例子没有什么实际意义，只是说明如何使用，以及可以使用这一机制达到存储线程私有数据的目的。

       
 
       ＃i nclude <stdio.h>
 
 
       ＃i nclude <pthread.h>
 
 
       pthread_key_t key;
void echomsg(int t){ 
printf("destructor excuted in thread %d,param=%dn",pthread_self(),t);
}
void * child1(void *arg){
int tid=pthread_self(); 
printf("thread %d entern",tid);
pthread_setspecific(key,(void *)tid);
sleep(2); 
printf("thread %d returns %dn",tid,pthread_getspecific(key));
sleep(5);
}
void * child2(void *arg){
int tid=pthread_self();
printf("thread %d entern",tid);
pthread_setspecific(key,(void *)tid);
sleep(1);
printf("thread %d returns %dn",tid,pthread_getspecific(key));
sleep(5);
}
int main(void){
int tid1,tid2;
printf("hellon");
pthread_key_create(&key,echomsg);
pthread_create(&tid1,NULL,child1,NULL); 
pthread_create(&tid2,NULL,child2,NULL);
sleep(10);
pthread_key_delete(key);
printf("main thread exitn");
return 0;
} 

      
＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <pthread.h>
pthread_key_t key;
void echomsg(int t){ 
printf("destructor excuted in thread %d,param=%dn",pthread_self(),t);
}
void * child1(void *arg){
int tid=pthread_self(); 
printf("thread %d entern",tid);
pthread_setspecific(key,(void *)tid);
sleep(2); 
printf("thread %d returns %dn",tid,pthread_getspecific(key));
sleep(5);
}
void * child2(void *arg){
int tid=pthread_self();
printf("thread %d entern",tid);
pthread_setspecific(key,(void *)tid);
sleep(1);
printf("thread %d returns %dn",tid,pthread_getspecific(key));
sleep(5);
}
int main(void){
int tid1,tid2;
printf("hellon");
pthread_key_create(&key,echomsg);
pthread_create(&tid1,NULL,child1,NULL); 
pthread_create(&tid2,NULL,child2,NULL);
sleep(10);
pthread_key_delete(key);
printf("main thread exitn");
return 0;
}

给例程建立两个线程分别设置同一个线程私有数据为本身的线程ID，为了检验其私有性，程序错开了两个线程私有数据的写入和读出的时间，从程序运行结果能够看出，两个线程对TSD的修改互不干扰。同时，当线程退出时，清理函数会自动执行，参数为tid。

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