第一个多线程程序

 
通过阅读《什么是线程》一节,我们了解了什么是线程以及什么是多线程。本节,我们教大家编写第一个多线程程序。

大多数操作系统都支持同时执行多个程序,包括常见的 Windows、Linux、Mac OS X 操作系统等。为了避免多个程序访问系统资源(包括文件资源、I/O 设备、网络等)时产生冲突,操作系统会将可能产生冲突的系统资源保护起来,阻止应用程序直接访问。如果程序中需要访问被操作系统保护起来的资源,需使用操作系统规定的方法(函数、命令),我们习惯将这些调用方法(函数、命令)称为接口(Application Programming Interface,简称 API)。

事实上,无论我们用哪种编程语言编写多线程程序,最终都要借助操作系统预留的接口实现。接下来,我们将为您讲解如何借助 Linux 系统预留的接口编写 C 语言多线程程序。

POSIX标准

类 UNIX 系统有很多种版本,包括 Linux、FreeBSD、OpenBSD 等,它们预留的系统调用接口各不相同。但幸运的是,几乎所有的类 UNIX 系统都兼容 POSIX 标准。

POSIX 标准全称“Portable Operating System Interface”,中文译为可移植操作系统接口,最后的字母 X 代指类 UNIX 操作系统。简单地理解,POSIX 标准发布的初衷就是为了统一所有类 UNIX 操作系统的接口,这意味着,只要我们编写的程序严格按照 POSIX 标准调用系统接口,它就可以在任何兼容 POSIX 标准的类 UNIX 系统上运行。

所谓兼容,很多支持 POSIX 标准的类 UNIX 操作系统并没有从根本上修改自己的 API,它们仅仅通过对现有的 API 进行再封装,生成了一套符合 POSIX 标准的系统接口,进而间接地支持 POSIX 标准。

值得一提的是,POSIX 标准中规范了与多线程相关的系统接口。我们在 Linux 系统上编写多线程程序,只需在程序中引入<pthread.h>头文件,调用该文件中包含的函数即可实现多线程编程。

注意,pthread.h 头文件中只包含各个函数的声明部分,具体实现位于 libpthread.a 库中。

第一个多线程程序

分析如下程序:
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
//定义线程要执行的函数,arg 为接收线程传递过来的数据
void *Thread1(void *arg)
{
    printf("http://c.biancheng.net\n");
    return "Thread1成功执行";
}
//定义线程要执行的函数,arg 为接收线程传递过来的数据
void* Thread2(void* arg)
{
    printf("C语言中文网\n");
    return "Thread2成功执行";
}

int main()
{
    int res;
    pthread_t mythread1, mythread2;
    void* thread_result;
    /*创建线程
    &mythread:要创建的线程
    NULL:不修改新建线程的任何属性
    ThreadFun:新建线程要执行的任务
    NULL:不传递给 ThreadFun() 函数任何参数

    返回值 res 为 0 表示线程创建成功,反之则创建失败。
    */
    res = pthread_create(&mythread1, NULL, Thread1, NULL);
    if (res != 0) {
        printf("线程创建失败");
        return 0;
    }

    res = pthread_create(&mythread2, NULL, Thread2, NULL);
    if (res != 0) {
        printf("线程创建失败");
        return 0;
    }
    /*
    等待指定线程执行完毕
    mtThread:指定等待的线程
    &thead_result:接收 ThreadFun() 函数的返回值,或者接收 pthread_exit() 函数指定的值

    返回值 res 为 0 表示函数执行成功,反之则执行失败。
    */
    res = pthread_join(mythread1, &thread_result);
    //输出线程执行完毕后返回的数据
    printf("%s\n", (char*)thread_result);
   
    res = pthread_join(mythread2, &thread_result);
    printf("%s\n", (char*)thread_result);
    printf("主线程执行完毕");
    return 0;
}
假设我们将程序编写在 thead.c 文件中,调用 gcc 编译器编译(包含链接)此程序:

[root@localhost ~]# gcc thread.c -o thread.exe -lpthread

在保证程序没有语法错误的前提下,执行此命令会生成一个名为 thread.exe 的可执行文件。需要强调的是,命令中必须包含 "-plthread" 参数,否则会导致程序链接失败。

在当前目录下找到新生成的 thread.exe 文件,执行如下命令即可看到程序的执行结果:

[root@localhost ~]# ./thead.exe
http://c.biancheng.net
C语言中文网
Thread1成功执行
Thread2成功执行
主线程执行完毕

程序中共存在 3 个线程,包括本就存在的主线程以及两个调用 pthread_create() 函数创建的线程(又称子线程),其中名为 mythread1 的线程负责执行 thread1() 函数,名为 mythread2 的线程负责执行 thread2() 函数。

程序中调用了两次 pthread_join() 函数,第 47 行 pthread_join() 函数的功能是令主线程等待 mythread1 线程执行完毕后再执行后续的代码,第 51 行处 pthread_join() 函数的功能是令主线程等待 mythread2 线程执行完毕后在执行后续的代码。

由此,我们已经学会了如何编写一个简单的多线程程序。

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