C++ pthread实现多线程编程

C++ pthread库是Linux系统下的线程库，可以实现多线程编程。使用C++ pthread库，可以方便地创建和管理多个线程，从而更好地利用CPU资源，提高计算机的运行效率。

一、多线程编程简介

在计算机科学中，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程集合成为进程。一个进程中至少有一个线程,如果只有一个线程,这个线程称为主线程。在一个进程内可以创建多个线程，这些线程可以同时运行，从而实现多任务处理。

多线程编程的优点：可以充分利用CPU资源，从而提高计算机的运行效率；可以提高程序的响应速度，降低用户等待的时间；可以实现程序的异步操作，从而提高程序的可维护性。

二、C++ pthread库概述

C++ pthread（POSIX threads）是Linux/Unix 操作系统下的线程库，它为程序员提供了创建和管理多个线程的方法和功能。它属于POSIX标准的一部分，可以在多种操作系统上使用。

使用pthread库时，需要在程序中包含头文件“pthread.h”，并且使用选项“-pthread”进行编译。

三、C++ pthread库实现多线程编程

在C++ pthread库中，创建一个线程需要使用函数pthread_create，其函数签名如下：

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

参数说明：

• thread：指向新创建的线程的标识符的指针。
• attr：指向线程属性的指针（通常设置为NULL）。
• start_routine：一个指向函数的指针，该函数作为新线程的起始例程。
• arg：一个指向传递给起始例程的参数的指针。

下面是一个使用pthread_create创建线程的示例代码：

#include 

void* myThreadFun(void* arg)
{
    // 线程执行的代码
}

int main()
{
    pthread_t threadId;
    // 创建线程
    pthread_create(&threadId, NULL, myThreadFun, NULL);
    // 等待线程执行完毕
    pthread_join(threadId, NULL);
    return 0;
}

在上面的代码中，使用pthread_create函数创建了一个新线程。该函数需要传入线程id、线程属性、线程执行函数、线程执行函数的参数四个参数。

该程序还使用pthread_join函数等待子线程执行完毕。该函数的作用是等待指定的线程结束后再继续执行主线程。

四、C++ pthread库实现线程同步

C++ pthread库提供了多种方法来实现线程同步。下面介绍两种常用的方法：互斥锁和条件变量。

互斥锁

互斥锁（Mutex）是一种简单的同步机制，用于保护共享资源。互斥锁通过设置一个锁，来确保同一时间只有一个线程访问共享资源。如果一个线程想要访问共享资源，它必须先获得互斥锁。

在C++ pthread库中创建互斥锁需要用到函数pthread_mutex_init，其函数签名如下：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr)

参数说明：

• mutex：互斥锁指针。
• attr：互斥锁属性指针（一般设置为NULL）。

创建一个互斥锁后，可以使用pthread_mutex_lock函数获得锁。该函数会阻塞调用者，直到获得锁为止。线程执行完需要使用pthread_mutex_unlock函数释放锁。

下面是一个使用互斥锁实现线程同步的示例代码：

pthread_mutex_t mutex;

void* myThreadFun(void* arg)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 访问共享资源
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    // 线程执行的代码
}

int main()
{
    pthread_t threadId1, threadId2;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    // 创建线程1
    pthread_create(&threadId1, NULL, myThreadFun, NULL);
    // 创建线程2
    pthread_create(&threadId2, NULL, myThreadFun, NULL);
    // 等待线程执行完毕
    pthread_join(threadId1, NULL);
    pthread_join(threadId2, NULL);
    // 释放互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

条件变量

条件变量（Condition Variable）是一种同步机制，用于在不进行无效处理的情况下等待事件发生。它允许线程在等待某个事件发生的同时，释放锁并让其他线程访问共享资源。

在C++ pthread库中使用条件变量需要用到函数pthread_cond_init，其函数签名如下：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *attr);

参数说明：

• cond：条件变量指针。
• attr：条件变量属性指针（一般设置为NULL）。

创建条件变量后，可以使用pthread_cond_wait函数等待条件变量的成立。该函数需要传入条件变量和一个互斥锁，它使线程阻塞直到条件变量满足条件，同时释放互斥锁。

下面是一个使用条件变量实现线程同步的示例代码：

pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;

void* myThreadFun(void* arg)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 等待条件变量满足
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    // 条件成立后访问共享资源
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    // 线程执行的代码
}

int main()
{
    pthread_t threadId1, threadId2;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond, NULL);
    // 创建线程1
    pthread_create(&threadId1, NULL, myThreadFun, NULL);
    // 创建线程2
    pthread_create(&threadId2, NULL, myThreadFun, NULL);
    // 调用条件变量
    pthread_cond_signal(&cond);
    // 等待线程执行完毕
    pthread_join(threadId1, NULL);
    pthread_join(threadId2, NULL);
    // 释放互斥锁和条件变量
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    return 0;
}

总结

C++ pthread库提供了丰富的函数和方法，使得多线程编程变得容易和简单。在多线程编程中，需要注意线程之间的同步问题，使用互斥锁和条件变量可以有效地解决线程同步问题。