多线程是多任务处理的一种特殊形式,多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下,两种类型的多任务处理:基于进程和基于线程

  • 基于进程的多任务处理是程序的并发执行。
  • 基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程,每个线程定义了一个单独的执行路径。 本教程假设您使用的是 Linux 操作系统,我们要使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。POSIX Threads 或 Pthreads 提供的 API 可在多种类 Unix POSIX 系统上可用,比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris

创建线程

下面的程序,我们可以用它来创建一个 POSIX 线程:

  1. #include <pthread.h>
  2. pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

在这里,pthread_create创建一个新的线程,并让它可执行。下面是关于参数的说明:

参数 描述
thread 指向线程标识符指针。
attr 一个不透明的属性对象,可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象,也可以使用默认值 NULL。
start_routine 线程运行函数起始地址,一旦线程被创建就会执行。
arg 运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数,则使用 NULL。
  • 创建线程成功时,函数返回 0
  • 若返回值不为 0 则说明创建线程失败

终止线程

使用下面的程序,我们可以用它来终止一个 POSIX 线程:

  1. #include <pthread.h>
  2. pthread_exit (status)

在这里,pthread_exit用于显式地退出一个线程。通常情况下,pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。
如果 main() 是在它所创建的线程之前结束,并通过 pthread_exit() 退出,那么其他线程将继续执行。否则,它们将在 main() 结束时自动被终止。

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程,每个线程输出”Hello Runoob!”:

  1. #include <iostream>
  2. #include <pthread.h> // 线程的头文件
  3. using namespace std;
  4. #define NUM_THREADS 5
  5. // 线程的运行函数
  6. void *say_hello(void *args)
  7. {
  8. cout << "Hello 一缕清风!" << endl;
  9. return 0;
  10. }
  11. int main()
  12. {
  13. pthread_t threads[NUM_THREADS]; // 定义线程的 id 变量,多个变量使用数组
  14. for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
  15. {
  16. //参数依次是:创建的线程id,线程参数,调用的函数,传入的函数参数
  17. int ret = pthread_create(&threads[i], NULL, say_hello, NULL);
  18. if (ret != 0)
  19. {
  20. cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
  21. }
  22. }
  23. //等各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束了,线程可能还没反应过来;
  24. pthread_exit(NULL);
  25. }

现在,执行程序,将产生下列结果:

  1. $ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
  2. $ ./test.o
  3. Hello 一缕清风!
  4. Hello 一缕清风!
  5. Hello 一缕清风!
  6. Hello 一缕清风!
  7. Hello 一缕清风!

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程,并接收传入的参数。每个线程打印一个 “Hello Runoob!” 消息,并输出接收的参数,然后调用 pthread_exit() 终止线程。

  1. //文件名:test.cpp
  2. #include <iostream>
  3. #include <cstdlib>
  4. #include <pthread.h>
  5. using namespace std;
  6. #define NUM_THREADS 5
  7. void *PrintHello(void *threadid)
  8. {
  9. // 对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针变为整形数指针,然后再读取
  10. // int *tid = (int *)threadid;
  11. // cout << "Hello 一缕清风! 线程 ID, " << *tid << endl;
  12. int tid = *((int *)threadid);
  13. cout << "Hello 一缕清风! 线程 ID, " << tid << endl;
  14. pthread_exit(NULL);
  15. }
  16. int main()
  17. {
  18. pthread_t threads[NUM_THREADS];
  19. int indexes[NUM_THREADS]; // 用数组来保存i的值
  20. int i;
  21. for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
  22. {
  23. cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
  24. indexes[i] = i; //先保存i的值
  25. // 传入的时候必须强制转换为void* 类型,即无类型指针
  26. int ret = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
  27. if (ret)
  28. {
  29. cout << "Error:无法创建线程," << ret << endl;
  30. exit(-1);
  31. }
  32. }
  33. pthread_exit(NULL);
  34. }

现在编译并执行程序,将产生下列结果:

  1. $ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
  2. $ ./test.o
  3. main() : 创建线程, 0
  4. main() : 创建线程, 1
  5. Hello 一缕清风! 线程 ID, 0
  6. Hello 一缕清风! 线程 ID, 1
  7. main() : 创建线程, 2
  8. main() : 创建线程, 3
  9. Hello 一缕清风! 线程 ID, 2
  10. main() : 创建线程, 4
  11. Hello 一缕清风! 线程 ID, 3
  12. Hello 一缕清风! 线程 ID, 4

向线程传递参数

这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型,因为它指向 void,如下面的实例所示:

  1. #include <iostream>
  2. #include <cstdlib>
  3. #include <pthread.h>
  4. using namespace std;
  5. #define NUM_THREADS 5
  6. struct thread_data
  7. {
  8. int thread_id;
  9. char *message;
  10. };
  11. void *PrintHello(void *threadarg)
  12. {
  13. // struct thread_data *my_data;
  14. // my_data = (struct thread_data *)threadarg;
  15. struct thread_data *my_data = (struct thread_data *)threadarg;
  16. cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id << " Message : " << my_data->message << endl;
  17. ;
  18. pthread_exit(NULL);
  19. }
  20. int main()
  21. {
  22. pthread_t threads[NUM_THREADS];
  23. struct thread_data td[NUM_THREADS];
  24. int i;
  25. for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
  26. {
  27. cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
  28. td[i].thread_id = i;
  29. td[i].message = (char *)"This is message";
  30. int ret = pthread_create(&threads[i], NULL,
  31. PrintHello, (void *)&td[i]);
  32. if (ret)
  33. {
  34. cout << "Error:unable to create thread," << ret << endl;
  35. exit(-1);
  36. }
  37. }
  38. pthread_exit(NULL);
  39. }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

  1. $ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o
  2. $ ./test.o
  3. main() : creating thread, 0
  4. main() : creating thread, 1
  5. Thread ID : 0 Message : This is message
  6. main() : creating thread, Thread ID : 21
  7. Message : This is message
  8. main() : creating thread, 3
  9. Thread ID : 2 Message : This is message
  10. main() : creating thread, 4
  11. Thread ID : 3 Message : This is message
  12. Thread ID : 4 Message : This is message

连接和分离线程

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程:

  1. pthread_join (threadid, status)
  2. pthread_detach (threadid)

当创建一个线程时,它的某个属性会定义它是否

  • 可连接的 (joinable): pthread_join() 子程序阻碍调用程序,直到指定的 threadid 线程终止为止
  • 可分离的 (detached): 如果线程创建时被定义为可分离的,则它永远也不能被连接。

⚠️注意: 只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接
这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。

  1. #include <iostream>
  2. #include <cstdlib>
  3. #include <pthread.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. using namespace std;
  6. #define NUM_THREADS 5
  7. void *wait(void *t)
  8. {
  9. // int i;
  10. long tid = (long)t;
  11. sleep(3);
  12. cout << "———— Sleeping in thread ———— " << endl;
  13. cout << "Thread with id : " << tid << endl;
  14. pthread_exit(NULL);
  15. }
  16. int main()
  17. {
  18. int i;
  19. pthread_t threads[NUM_THREADS];
  20. pthread_attr_t attr;
  21. void *status;
  22. // 初始化并设置线程为可连接的(joinable)
  23. pthread_attr_init(&attr);
  24. pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
  25. for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
  26. {
  27. cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
  28. int ret = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)&i);
  29. if (ret)
  30. {
  31. cout << "Error:unable to create thread," << ret << endl;
  32. exit(-1);
  33. }
  34. }
  35. // 删除属性,并等待其他线程
  36. pthread_attr_destroy(&attr);
  37. for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
  38. {
  39. int ret = pthread_join(threads[i], &status);
  40. if (ret)
  41. {
  42. cout << "Error:unable to join," << ret << endl;
  43. exit(-1);
  44. }
  45. cout << "Main: completed thread id :" << i << " exiting with status :" << status << endl;
  46. }
  47. cout << "Main: program exiting." << endl;
  48. pthread_exit(NULL);
  49. }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

  1. main() : creating thread, 0
  2. main() : creating thread, 1
  3. main() : creating thread, 2
  4. main() : creating thread, 3
  5. main() : creating thread, 4
  6. ———— Sleeping in thread ————
  7. ———— Sleeping in thread ———— Thread with id : ———— Sleeping in thread ———— ———— Sleeping in thread ———— 140732824192504
  8. ———— Sleeping in thread ———— Thread with id :
  9. Thread with id : 140732824192504
  10. 140732824192504Thread with id : 140732824192504Thread with id :
  11. Main: completed thread id :
  12. 0 exiting with status :0x0
  13. 140732824192504
  14. Main: completed thread id :1 exiting with status :0x0
  15. Main: completed thread id :2 exiting with status :0x0
  16. Main: completed thread id :3 exiting with status :0x0
  17. Main: completed thread id :4 exiting with status :0x0
  18. Main: program exiting.

[

](https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-web-programming.html)

c++ 11 之后有了标准的线程库

  1. #include <iostream>
  2. #include <thread>
  3. using namespace std;
  4. #define NUM_THREADS 3
  5. thread::id main_thread_id = this_thread::get_id();
  6. void hello()
  7. {
  8. if (main_thread_id == this_thread::get_id())
  9. cout << "hello():This is the main thread.\n";
  10. else
  11. cout << "hello(): This is not the main thread.\n";
  12. }
  13. void pause_thread(int n)
  14. {
  15. this_thread::sleep_for(chrono::seconds(n));
  16. cout << "pause of " << n << " seconds ended\n";
  17. }
  18. int main()
  19. {
  20. thread t(hello);
  21. cout << t.hardware_concurrency() << endl; //可以并发执行多少个(不准确)
  22. cout << "native_handle " << t.native_handle() << endl; //可以并发执行多少个(不准确)
  23. printf("_____________________________________\n");
  24. hello();
  25. thread j(hello);
  26. j.join();
  27. thread d(hello);
  28. d.detach();
  29. thread threads[NUM_THREADS]; // 默认构造线程
  30. cout << "Spawning " << NUM_THREADS << " threads...\n";
  31. for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
  32. threads[i] = thread(pause_thread, i + 1); // move-assign threads
  33. cout << "Done spawning threads. Now waiting for them to join:\n";
  34. for (auto &thread : threads)
  35. thread.join();
  36. cout << "All threads joined!\n";
  37. }
  38. /*
  39. hello(): This is not the main thread.
  40. native_handle 0x700006420000
  41. _____________________________________
  42. hello():This is the main thread.
  43. hello(): This is not the main thread.
  44. Spawning 3 threads...
  45. hello(): This is not the main thread.
  46. Done spawning threads. Now waiting for them to join:
  47. pause of 1 seconds ended
  48. pause of 2 seconds ended
  49. pause of 3 seconds ended
  50. All threads joined!
  51. libc++abi.dylib: terminating
  52. Abort trap: 6
  53. */

之前一些编译器使用 C++11 的编译参数是 -std=c++11

  1. g++ -std=c++11 test.cpp -lpthread && ./a.out

⚠️注意: 要注意内存泄露问题。如果设置为 PTHREAD_CREATE_JOINABLE,就继续用 pthread_join() 来等待和释放资源,否则会内存泄露。