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Linux下c语言多线程编程

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Linux下c语言多线程编程创建线程函数pthread_create()和等待线程函数pthread_join()的用法。注意：在创建线程pthread_create()之前，要先定义线程标识符：pthread_t自定义线程名；例子1：创建线程以及等待线程执行完毕。#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<pthread.h>//线程要运行的函数，除了函数名myfunc，其他全都是固定的。void*myfunc(){ p

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创建线程函数pthread_create()和等待线程函数pthread_join()的用法。
注意：在创建线程pthread_create()之前，要先定义线程标识符：

pthread_t 自定义线程名；

例子1：创建线程以及等待线程执行完毕。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

//线程要运行的函数，除了函数名myfunc，其他全都是固定的。
void* myfunc()
{ 
   
	printf("Hello World!\n");
	return NULL;
}

int main()
{ 
   
	pthread_t th;//在创建线程之前要先定义线程标识符th，相当于int a这样

	pthread_create(&th,NULL,myfunc,NULL);
	/*第一个参数是要创建的线程的地址 第二个参数是要创建的这个线程的属性，一般为NULL 第三个参数是这条线程要运行的函数名 第四个参数三这条线程要运行的函数的参数*/
	
	pthread_join(th,NULL);
	/*线程等待函数，等待子线程都结束之后，整个程序才能结束 第一个参数是子线程标识符，第二个参数是用户定义的指针用来存储线程结束时的返回值*/
	return 0;
}

//编译运行多线程的程序，要在gcc命令尾部加上-lpthread
//gcc example1.c -lpthread -o example1

在这里插入图片描述
例子二：创建两条线程以及等待两条线程执行完毕

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void* myfunc()
{ 
   
	int i;
	for(i=1;i<50;i++)
	{ 
   
		printf("%d\n",i);

	}
	return NULL;
}

int main()
{ 
   
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,NULL);

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
运行我们可以看到，线程1两条线程的执行方式是怎么样的，
线程1数到46就被挂起了，轮到线程二执行，cpu给线程二一个时间片，线程二在这个时间片内执行只数到20就被挂起了。然后cpu立即切换去执行线程1，线程1继续执行数到49执行完毕立即结束。CPU就立刻去执行剩下的线程二，直到执行结束。
两条线程是同时在随机交叉着运行的。
单核CPU就是这样子随机分配时间片给线程一直交换着执行，这叫并发执行。

如果运行的时候发现它是一条线程运行完了才换另一条，那可能就是cpu给他分配是时间片太多了而已让他直接就执行完毕了，线程运行确实是交换着执行的。
在这里插入图片描述
例子3
我们想看看哪些数字是第一条线程打印出来的，哪些数字是第二条线程打印出来的。
可以通过传递参数的方法来查看。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void* myfunc(void* args)
{ 
   
	int i;
	//由于“th1”是字符串，所以这里我们要做个强制转换，把void*强制转换为char*
	char* name = (char*) args;
	for(i=1;i<50;i++)
	{ 
   
		printf("%s:%d\n",name,i);

	}
	return NULL;
}

int main()
{ 
   
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,"th1");//pthread_create的第四个参数是要执行的函数的参数哦！～
	//这里的“th1”就是void* args
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,"th2");

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);
	return 0;
}

运行之后可以看到哪些数字是th1打印的，哪些数字是th2打印的。
例子4
定义一个大小为5000的数组，随机生成5000个数，我们想创建两条线程，让这两条线程去计算这5000个数字的和，第一条线程计算前2500个数的和，第二条线程让它算后2500个数字的和。怎么做？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
int arr[5000];
int s1=0;
int s2=0;
void* myfunc1(void* args)
{ 
   
	int i;
	
	for(i=0;i<2500;i++)
	{ 
   
		s1 = s1 + arr[i];

	}
	return NULL;
}
void* myfunc2(void* args)
{ 
   
        int i;
 
        for(i=2500;i<5000;i++)
        { 
   
                s2 = s2 + arr[i];
 
        }
        return NULL;
 }


int main()
{ 
   
	//初始化数组
	int i;
	for(i=0;i<5000;i++)
	{ 
   
		arr[i] = rand() % 50;

	}
	
	/* for(i=0;i<5000;i++) { printf("a[%d]=%d\n",i,arr[i]); }*/
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_create(&th1,NULL,myfunc1,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc2,NULL);

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);
	
	printf("s1=%d\n",s1);
	printf("s2=%d\n",s2);
	printf("s1+s2=%d\n",s1+s2);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
例子5
上一个例子的代码重复率太高，我们对其优化，加入了结构体，也只用了同一个函数。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
int arr[5000];
int s = 0;
typedef struct { 
   
	int first;
	int last;
}MY_ARGS;

void* myfunc(void* args)
{ 
   
	int i;
	MY_ARGS* my_args = (MY_ARGS*)args;
	int first = my_args->first;
	int last = my_args->last;
	for(i=first;i<last;i++)
	{ 
   
		s = s + arr[i];

	}
	printf("s = %d\n",s);
	s=0;
	return NULL;
}



int main()
{ 
   
	//初始化数组
	int i;
	for(i=0;i<5000;i++)
	{ 
   
		arr[i] = rand() % 50;

	}
	
	/* for(i=0;i<5000;i++) { printf("a[%d]=%d\n",i,arr[i]); }*/
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;
	//设置两个结构体变量作为参数
	MY_ARGS args1 = { 
   0,2500};
	MY_ARGS args2 = { 
   2500,5000};

	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,&args1);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,&args2);

	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);
	
	return 0;
}

例子6
来看看如果把s加在全局变量，让s++循环10000次后会发生什么？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
int s = 0;
void* myfunc(void* args)
{ 
   
	int i = 0;
	for(i=0;i<1000000;i++)
	{ 
   
		s++;
	}
	return NULL;
}

int main()
{ 
   
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;
	
	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,NULL);
	
	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);

	printf("s = %d\n",s);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
我们发现每次执行后的s都不一样，按理说s应该是200000才对呀，为什么会这样呢？

因为在第一条线程读s并s++的时候，第二条线程也会来读，可能在第一条线程进行加之前读也可能在加之后读，所以我们会丢失一些s++，所以每次运行出来的结果都不一样。
这种情况叫做race condition，当出现race contion的时候，就很有可能会出现错误的结果。

那么要如何解决race condition呢？
最常用的方法就是加锁。
有一种锁叫mutex。
我们看看mutex要怎么用？

pthread_mutex_t lock;

这种pthread_mutex_t的数据类型叫锁
定义一个锁后要对锁进行初始化
pthread_mutex_init(&lock,NULL)；
锁初始化函数有两个参数，第一个参数就是我们定义的锁，第二个参数是互斥锁的属性，写NULL就可以了，代表默认的快速互斥锁。

参考互斥锁创建：https://blog.csdn.net/fanyun_01/article/details/107648187?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164863226016782089367009%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=164863226016782089367009&biz_id=0&spm=1018.2226.3001.4187

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t lock;//定义一个互斥锁
int s = 0;


void* myfunc(void* args)
{ 
   
	int i = 0;
	pthread_mutex_lock(&lock);//这个函数表示，在这个地方上一个锁，就是摆一个锁在这个地方

	for(i=0;i<100000;i++)
	{ 
   
		s++;
	}
	pthread_mutex_unlock(&lock);//把这个锁给解掉

	return NULL;
}

int main()
{ 
   
	pthread_t th1;
	pthread_t th2;

	pthread_mutex_init(&lock,NULL);//初始化这个锁，此时只是创建了这个锁而已，还没有加进去哦。
	/*锁不是用来锁一个变量，它是用来锁住一段代码的。*/
	
	pthread_create(&th1,NULL,myfunc,NULL);
	pthread_create(&th2,NULL,myfunc,NULL);
	
	pthread_join(th1,NULL);
	pthread_join(th2,NULL);

	printf("s = %d\n",s);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
解释一下上图的结果，加了锁之后得到的结果就是正确的了，第一次运行我是把锁加在for循环里头，可以看到运行的时间是.0.01ms是很慢的，而第二次运行也就是把锁加在for循环的外头，可以看到速度就快多了，所以加锁的位置很重要，最好不要加在循环里面，不然要一直循环开锁解锁就特别慢。
讲一下两条线程是遇到这个加锁的代码是怎么做的，
两条线程看谁先抢到这个锁，也是竞争在抢锁，如果是th1先抢到，那锁就是th1的了，拿到锁的线程就很自私，接下来锁里面的代码就是th1自己一个人的，th2就不能来读这段代码了，th2没抢到锁的话它自己是不会去自己加个锁的，th2只能靠边站了，等th1先走完了锁里的代码，然后解锁了，再轮th2，加锁可以保证两条线程不会去抢着读数据，导致结果出错。
加了锁，多线程就变成了两个单线程按顺序串行着走完，两个for循环是独立存在的。
互斥锁的作用：https://blog.csdn.net/galaxyxupt/article/details/81613181?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164868737616780261991331%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=164868737616780261991331&biz_id=0&spm=1018.2226.3001.4187
https://blog.csdn.net/qq_39736982/article/details/82348672?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164868779716781685333883%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=164868779716781685333883&biz_id=0&spm=1018.2226.3001.4187
互斥锁可以 防止两条线程竞争共享数据资源而引起的与时间上有关的数据混乱。
每个线程在对共享资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。
但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。

在访问共享资源前加锁，访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。
https://blog.csdn.net/qq_34827674/article/details/108608566?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164868779716781685333883%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=164868779716781685333883&biz_id=0&spm=1018.2226.3001.4187
在这里插入图片描述
多核的假共享的概念False sharing

为了避免假共享，最好分别把记录的结果当成局部变量。

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