多线程编程基础
在Linux操作系统中,多线程是实现并发编程的重要手段，而pthread（POSIX Threads）则是Linux下最常用的多线程编程接口，与传统的多进程相比，多线程具有轻量级、共享内存、切换开销小等优势，能够充分利用多核处理器的计算能力，提高程序的执行效率，本文将围绕pthread在Linux多线程编程中的应用，从基本概念、核心函数、同步机制到实践注意事项展开详细阐述。
pthread库的初始化与创建
pthread库是POSIX标准的线程实现,在Linux中默认已集成，使用时需包含头文件<pthread.h>并链接-pthread或-lpthread库，线程的创建通过pthread_create函数实现，其原型为：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg);
thread参数用于返回新创建线程的ID；attr指定线程属性（如栈大小、调度策略等），通常传入NULL表示使用默认属性；start_routine是线程的入口函数，其参数为arg，返回值为void*，创建一个打印“Hello from thread!”的线程：
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
void* thread_func(void* arg) {
printf("Hello from thread!\n");
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
pthread_join(tid, NULL); // 等待线程结束
return 0;
}
编译时需添加-pthread选项：gcc -o thread_test thread_test.c -pthread。
线程的终止与资源回收
线程的终止方式多样：入口函数执行并返回void*指针、调用pthread_exit函数、被其他线程取消或整个进程终止，若需等待线程结束并回收资源，可使用pthread_join函数：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
该函数会阻塞调用线程,直到目标线程终止，并通过retval返回目标线程的退出值，上述代码中pthread_join(tid, NULL)确保主线程等待子线程执行完毕。
若不需要获取线程退出值，可使用pthread_detach将线程设置为分离状态，线程结束后自动释放资源，无需主线程回收：
pthread_detach(tid);
分离状态的线程不可被pthread_join等待，适用于“即创建即运行”的后台任务。
线程同步机制
多线程共享进程资源（如全局变量、堆内存）时，若多个线程同时访问或修改同一数据，会导致数据不一致问题，此时需通过同步机制保证线程安全。
互斥锁（Mutex）
互斥锁是最常用的同步工具,通过加锁和解锁操作实现资源的互斥访问，核心函数包括：
pthread_mutex_init：初始化互斥锁，可指定属性（如PTHREAD_MUTEX_DEFAULT）。pthread_mutex_lock：加锁，若锁已被占用则阻塞等待。pthread_mutex_unlock：解锁，唤醒其他等待线程。pthread_mutex_destroy：销毁互斥锁。
用互斥锁保护共享变量counter：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int counter = 0;
void* increment(void* arg) {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
counter++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return NULL;
}
条件变量（Condition Variable）
条件变量与互斥锁配合使用,允许线程在满足特定条件时才执行操作，避免忙等待，典型流程为：
- 加锁；
- 检查条件,若不满足则调用
pthread_cond_wait等待（该函数会自动解锁并阻塞）； - 其他线程修改条件后调用
pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast唤醒等待线程； - 唤醒后重新加锁并再次检查条件。
生产者-消费者模型中的条件变量应用：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int buffer = 0;
void* producer(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
buffer = 1; // 生产数据
pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void* consumer(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (buffer == 0) { // 避免虚假唤醒
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
printf("Consumed: %d\n", buffer);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
读写锁（Read-Write Lock）
读写锁适用于“读多写少”的场景，允许多个线程同时读数据，但写操作独占访问，分为读锁（共享锁）和写锁（排他锁），通过pthread_rwlock_t实现。
线程属性与调度
通过pthread_attr_t结构体可自定义线程属性，如栈大小、调度策略、优先级等，设置线程栈大小：
pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024); // 设置栈大小为1MB pthread_create(&tid, &attr, thread_func, NULL); pthread_attr_destroy(&attr);
Linux支持多种调度策略（SCHED_OTHER、SCHED_FIFO、SCHED_RR），其中SCHED_OTHER为默认分时调度策略，SCHED_FIFO和SCHED_RR为实时调度策略（需root权限）。
实践注意事项
- 避免死锁：使用互斥锁时需按固定顺序加锁，或采用
pthread_mutex_trylock尝试加锁（失败则释放已持有的锁并稍后重试）。 - 处理线程取消：默认情况下，线程可被
pthread_cancel取消，但需注意取消点（如pthread_cond_wait、malloc等函数），若需控制取消时机，可通过pthread_setcancelstate和pthread_setcanceltype设置取消状态和类型。 - 资源释放：分离线程的资源由系统自动回收，但非分离线程需确保
pthread_join被调用，避免内存泄漏。 - 信号处理：多进程中，信号默认由主线程处理，子线程需通过
pthread_sigmask屏蔽信号，或使用sigwait统一处理。
pthread作为Linux多线程编程的核心接口,提供了创建、同步、调度等完整功能，合理使用互斥锁、条件变量等同步机制，可有效避免数据竞争问题；掌握线程属性配置和资源管理技巧，能进一步提升程序的性能和稳定性，在实际开发中，需结合具体场景设计多线程模型，平衡并发效率与线程安全，从而充分发挥多核处理器的计算潜力。
