POSIX线程库API（全）(上)

线程库

下面简要论述了特定任务及其相关手册页。

建立缺省线程

若是未指定属性对象，则该对象为 NULL，系统会建立具备如下属性的缺省线程：

• 进程范围

• 非分离

• 缺省栈和缺省栈大小

• 零优先级

还能够用 pthread_attr_init() 建立缺省属性对象，而后使用该属性对象来建立缺省线程。有关详细信息，请参见初始化属性一节。

pthread_create 语法

使用 pthread_create(3C) 能够向当前进程中添加新的受控线程。

int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *tattr,

    void*(*start_routine)(void *), void *arg);

#include <pthread.h>



pthread_attr_t() tattr;

pthread_t tid;

extern void *start_routine(void *arg);

void *arg;

int ret; 



/* default behavior*/

ret = pthread_create(&tid, NULL, start_routine, arg);



/* initialized with default attributes */

ret = pthread_attr_init(&tattr);

/* default behavior specified*/

ret = pthread_create(&tid, &tattr, start_routine, arg);

使用具备必要状态行为的 attr 调用 pthread_create() 函数。 start_routine 是新线程最早执行的函数。当 start_routine 返回时，该线程将退出，其退出状态设置为由 start_routine 返回的值。请参见pthread_create 语法。

当 pthread_create() 成功时，所建立线程的 ID 被存储在由 tid 指向的位置中。

使用 NULL 属性参数或缺省属性调用 pthread_create() 时，pthread_create() 会建立一个缺省线程。在对 tattr 进行初始化以后，该线程将得到缺省行为。

pthread_create 返回值

pthread_create() 在调用成功完成以后返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是检测到如下任一状况，pthread_create() 将失败并返回相应的值。

EAGAIN

描述:

超出了系统限制，如建立的线程太多。

EINVAL

描述:

tattr 的值无效。

等待线程终止

pthread_join() 函数会一直阻塞调用线程，直到指定的线程终止。

pthread_join 语法

使用 pthread_join(3C) 等待线程终止。

int pthread_join(thread_t tid, void **status);

#include <pthread.h>



pthread_t tid;

int ret;

void *status;



/* waiting to join thread "tid" with status */

ret = pthread_join(tid, &status);



/* waiting to join thread "tid" without status */

ret = pthread_join(tid, NULL);

指定的线程必须位于当前的进程中，并且不得是分离线程。有关线程分离的信息，请参见设置分离状态。

当 status 不是 NULL 时，status 指向某个位置，在 pthread_join() 成功返回时，将该位置设置为已终止线程的退出状态。

若是多个线程等待同一个线程终止，则全部等待线程将一直等到目标线程终止。而后，一个等待线程成功返回。其他的等待线程将失败并返回 ESRCH 错误。

在 pthread_join() 返回以后，应用程序可回收与已终止线程关联的任何数据存储空间。

pthread_join 返回值

调用成功完成后，pthread_join() 将返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是检测到如下任一状况，pthread_join() 将失败并返回相应的值。

ESRCH

描述:

没有找到与给定的线程 ID 相对应的线程。

EDEADLK

描述:

将出现死锁，如一个线程等待其自己，或者线程 A 和线程 B 互相等待。

EINVAL

描述:

与给定的线程 ID 相对应的线程是分离线程。

pthread_join() 仅适用于非分离的目标线程。若是没有必要等待特定线程终止以后才进行其余处理，则应当将该线程分离。

简单线程的示例

在示例 2–1 中，一个线程执行位于顶部的过程，该过程首先建立一个辅助线程来执行 fetch() 过程。fetch() 执行复杂的数据库查找操做，查找过程须要花费一些时间。

主线程将等待查找结果，但同时还执行其余操做。所以，主线程将执行其余活动，而后经过执行 pthread_join() 等待辅助线程。

将新线程的 pbe 参数做为栈参数进行传递。这个线程参数之因此可以做为栈参数传递，是由于主线程会等待辅助线程终止。不过，首选方法是使用 malloc 从堆分配存储，而不是传递指向线程栈存储的地址。若是将该参数做为地址传递到线程栈存储，则该地址可能无效或者在线程终止时会被从新分配。

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示例 2–1 简单线程程序

 

void mainline (...)

{

        struct phonebookentry *pbe;

        pthread_attr_t tattr;

        pthread_t helper;

        void *status;



        pthread_create(&helper, NULL, fetch, &pbe);



            /* do something else for a while */



        pthread_join(helper, &status);

        /* it's now safe to use result */

}



void *fetch(struct phonebookentry *arg)

{

        struct phonebookentry *npbe;

        /* fetch value from a database */



        npbe = search (prog_name)

            if (npbe != NULL)

                *arg = *npbe;

        pthread_exit(0);

}   



struct phonebookentry {

        char name[64];

        char phonenumber[32];

        char flags[16];

}

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分离线程

pthread_detach(3C) 是 pthread_join(3C) 的替代函数，可回收建立时 detachstate 属性设置为 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 的线程的存储空间。

pthread_detach 语法

int pthread_detach(thread_t tid);

#include <pthread.h>



pthread_t tid;

int ret;



/* detach thread tid */

ret = pthread_detach(tid);

pthread_detach() 函数用于指示应用程序在线程 tid 终止时回收其存储空间。若是 tid 还没有终止，pthread_detach() 不会终止该线程。

pthread_detach 返回值

pthread_detach() 在调用成功完成以后返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是检测到如下任一状况，pthread_detach() 将失败并返回相应的值。

EINVAL

描述:

tid 是分离线程。

ESRCH

描述:

tid 不是当前进程中有效的未分离的线程。

为线程特定数据建立键

单线程 C 程序有两类基本数据：局部数据和全局数据。对于多线程 C 程序，添加了第三类数据：线程特定数据。线程特定数据与全局数据很是类似，区别在于前者为线程专有。

线程特定数据基于每线程进行维护。TSD（特定于线程的数据）是定义和引用线程专用数据的惟一方法。每一个线程特定数据项都与一个做用于进程内全部线程的键关联。经过使用 key，线程能够访问基于每线程进行维护的指针 (void *)。

pthread_key_create 语法

int pthread_key_create(pthread_key_t *key,

    void (*destructor) (void *));

#include <pthread.h>



pthread_key_t key;

int ret;



/* key create without destructor */

ret = pthread_key_create(&key, NULL);



/* key create with destructor */

ret = pthread_key_create(&key, destructor);

可使用 pthread_key_create(3C) 分配用于标识进程中线程特定数据的键。键对进程中的全部线程来讲是全局的。建立线程特定数据时，全部线程最初都具备与该键关联的 NULL 值。

使用各个键以前，会针对其调用一次 pthread_key_create()。不存在对键（为进程中全部的线程所共享）的隐含同步。

建立键以后，每一个线程都会将一个值绑定到该键。这些值特定于线程而且针对每一个线程单独维护。若是建立该键时指定了 destructor 函数，则该线程终止时，系统会解除针对每线程的绑定。

当 pthread_key_create() 成功返回时，会将已分配的键存储在 key 指向的位置中。调用方必须确保对该键的存储和访问进行正确的同步。

使用可选的析构函数 destructor 能够释放过期的存储。若是某个键具备非 NULL destructor 函数，而线程具备一个与该键关联的非 NULL 值，则该线程退出时，系统将使用当前的相关值调用 destructor 函数。destructor 函数的调用顺序不肯定。

pthread_key_create 返回值

pthread_key_create() 在成功完成以后返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是出现如下任一状况，pthread_key_create() 将失败并返回相应的值。

EAGAIN

描述:

key 名称空间已经用完。

ENOMEM

描述:

此进程中虚拟内存不足，没法建立新键。

删除线程特定数据键

使用 pthread_key_delete(3C) 能够销毁现有线程特定数据键。因为键已经无效，所以将释放与该键关联的全部内存。引用无效键将返回错误。Solaris 线程中没有相似的函数。

pthread_key_delete 语法

int pthread_key_delete(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>



pthread_key_t key;

int ret;



/* key previously created */

ret = pthread_key_delete(key);

若是已删除键，则使用调用 pthread_setspecific() 或 pthread_getspecific() 引用该键时，生成的结果将是不肯定的。

程序员在调用删除函数以前必须释放全部线程特定资源。删除函数不会调用任何析构函数。反复调用 pthread_key_create() 和 pthread_key_delete() 可能会产生问题。若是 pthread_key_delete() 将键标记为无效，而以后 key 的值再也不被重用，那么反复调用它们就会出现问题。对于每一个所需的键，应当只调用 pthread_key_create() 一次。

pthread_key_delete 返回值

pthread_key_delete() 在成功完成以后返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是出现如下状况，pthread_key_delete() 将失败并返回相应的值。

EINVAL

描述:

key 的值无效。

设置线程特定数据

使用 pthread_setspecific(3C) 能够为指定线程特定数据键设置线程特定绑定。

pthread_setspecific 语法

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);

#include <pthread.h>



pthread_key_t key;

void *value;

int ret;



/* key previously created */

ret = pthread_setspecific(key, value);

pthread_setspecific 返回值

pthread_setspecific() 在成功完成以后返回零。其余任何返回值都表示出现了错误。若是出现如下任一状况，pthread_setspecific() 将失败并返回相应的值。

ENOMEM

描述:

虚拟内存不足。

EINVAL

描述:

key 无效。

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注 –

设置新绑定时，pthread_setspecific() 不会释放其存储空间。必须释放现有绑定，不然会出现内存泄漏。

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获取线程特定数据

请使用 pthread_getspecific(3C) 获取调用线程的键绑定，并将该绑定存储在 value 指向的位置中。

pthread_getspecific 语法

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>



pthread_key_t key;

void *value;



/* key previously created */

value = pthread_getspecific(key);

pthread_getspecific 返回值

pthread_getspecific 不返回任何错误。

全局和专用线程特定数据的示例

示例 2–2 显示的代码是从多线程程序中摘录出来的。这段代码能够由任意数量的线程执行，但该代码引用了两个全局变量：errno 和 mywindow。这些全局值实际上应当是对每一个线程专用项的引用。

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示例 2–2 线程特定数据－全局但专用

 

body() {

    ...



    while (write(fd, buffer, size) == -1) {

        if (errno != EINTR) {

            fprintf(mywindow, "%s\n", strerror(errno));

            exit(1);

        }

    }



    ...



}

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errno 引用应该从线程所调用的例程获取系统错误，而从其余线程所调用的例程获取系统错误。所以，线程不一样，引用 errno 所指向的存储位置也不一样。

mywindow 变量指向一个 stdio （标准 IO）流，做为线程专属的流窗口。所以，与 errno 同样，线程不一样，引用 mywindow 所指向的存储位置也不一样。最终，这个引用指向不一样的流窗口。惟一的区别在于系统负责处理 errno，而程序员必须处理对 mywindow 的引用。

下一个示例说明对 mywindow 的引用如何工做。预处理程序会将对 mywindow 的引用转换为对 _mywindow() 过程的调用。

此例程随后调用 pthread_getspecific()。pthread_getspecific() 接收 mywindow_key 全局变量做为输入参数，以输出参数 win 返回该线程的窗口。

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示例 2–3 将全局引用转化为专用引用

 

thread_key_t mywin_key;



FILE *_mywindow(void) {

    FILE *win;



    win = pthread_getspecific(mywin_key);

    return(win);

}



#define mywindow _mywindow()



void routine_uses_win( FILE *win) {

    ...

}



void thread_start(...) {

    ...

    make_mywin();

    ...

    routine_uses_win( mywindow )

    ...

}

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mywin_key 变量标识一类变量，对于该类变量，每一个线程都有其各自的专用副本。这些变量是线程特定数据。每一个线程都调用 make_mywin() 以初始化其时限并安排其 mywindow 实例以引用线程特定数据。

调用此例程以后，此线程能够安全地引用 mywindow，调用 _mywindow() 以后，此线程将得到对其专用时限的引用。引用 mywindow 相似于直接引用线程专用数据。

示例 2–4 说明如何设置引用。

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示例 2–4 初始化线程特定数据

 

void make_mywindow(void) {

    FILE **win;

    static pthread_once_t mykeycreated = PTHREAD_ONCE_INIT;



    pthread_once(&mykeycreated, mykeycreate);



    win = malloc(sizeof(*win));

    create_window(win, ...);



    pthread_setspecific(mywindow_key, win);

}



void mykeycreate(void) {

    pthread_key_create(&mywindow_key, free_key);

}



void free_key(void *win) {

    free(win);

}

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首先，获得一个惟一的键值，mywin_key。此键用于标识线程特定数据类。第一个调用 make_mywin() 的线程最终会调用 pthread_key_create()，该函数将惟一的 key 赋给其第一个参数。第二个参数是 destructor 函数，用于在线程终止后将该线程的特定于该线程的数据项实例解除分配。

接下来为调用方的线程特定数据项的实例分配存储空间。获取已分配的存储空间，调用 create_window()，以便为该线程设置时限。win 指向为该时限分配的存储空间。最后，调用 pthread_setspecific()，将 win 与该键关联。

之后，每当线程调用 pthread_getspecific() 以传递全局 key，线程都会得到它在前一次调用 pthread_setspecific() 时设置的与该键关联的值）。

线程终止时，会调用在 pthread_key_create() 中设置的 destructor 函数。每一个 destructor 函数仅在终止线程经过调用 pthread_setspecific() 为 key 赋值以后才会被调用。