线程机制：并发函数的使用

淩亂°似流年 2022-07-15 14:09 181阅读 0赞

一、背景

之前学习过进程的概念，而计算机是不可能只单单运行一个进程的。我们使用fork与exec等系统调用来使进程并发执行。然而对于一个进程而言，该进程一定是有多个函数的，那么这些函数是否可以并发执行呢？当然是可以的，这一机制就叫做线程机制。

二、一个单线程程序

\#include<unistd.h>  
\#include<stdio.h>  
\#define NUM 5  
  
int main()  
\{  
  void print\_msg(char \*);  
  
  print\_msg("Hello");  
  print\_msg("World\\n");  
\}  
  
void print\_msg(char \*m)  
\{  
  int i;  
  for(i=0;i<NUM;i++)\{  
    printf("%s",m);  
    fflush(stdout);  
    sleep(1);  
  \}  
\}  
  
这是一个十分简单的单线程程序，执行结果：

![20161020100907592][]

可以看到程序先执行完五个hello的输出，接着执行五个world的输出。

现在我们考虑的是如何输出形如hello world\\n  hello world\\n ... 这样的结果。

这就需要函数并发的执行。

三、简单的多线程程序

这里使用了两个系统调用：pthread\_create ， pthread\_join。

一个用来创建新的线程，后一个用来等待某线程的终止。具体使用可使用man命令查看。

该源程序如下：

\#include<stdio.h>  
\#include<unistd.h>  
\#include<pthread.h>  
  
\#define NUM 5  
  
int main()  
\{  
  pthread\_t t1,t2;  
  void \*thread(void \*);  
  
  pthread\_create(&t1,NULL,thread,(void \*)"Hello");  
  pthread\_create(&t2,NULL,thread,(void \*)"World\\n");  
  pthread\_join(t1,NULL);  
  pthread\_join(t2,NULL);  
\}  
  
void \*thread(void \*m)  
\{  
  int i;  
  
  for(i=0;i<NUM;i++)\{  
    printf("%s",m);  
    sleep(1);  
    \}  
  return NULL;  
\}  
  
该程序执行结果如下：

![20161020100912851][]

或许大家会有疑问，为什么前半部分输出的helloworld很正常，到后半部分就乱了呢。

原因是thread函数是并发执行的，也可理解为函数在同时运行，所以输出hello与输出world的先后顺序并不是一定的，

每一次的输出结果都有可能相同也有可能不相同。

四、共享全局变量

对比进程来学习线程，进程之间有进程之间的通信方式，进程可通过管道、socket、信号、退出/等待来进行进程间的通信。

而线程之间通过什么通信方式来进行它们之间的分工合作呢？

我们明白，各个线程虽不相同，但都是同在同一个进程中运行的，也就是说，它们之间是共享全局变量的。通过全局变量的使用就可以完成线程之间的通信。

线程之间可通过全局变量进行合作。这里举一个例子：

\#include<unistd.h>  
\#include<stdio.h>  
\#include<pthread.h>  
  
\#define NUM 5  
  
int counter = 0;  
  
int main()  
\{  
  pthread\_t t1;  
  void \*print\_count(void \*);  
  int i;  
  
  pthread\_create(&t1,NULL,print\_count,NULL);  
  for(i=0;i<NUM;i++)\{  
    counter++;  
    sleep(1);  
  \}  
  pthread\_join(t1,NULL);  
\}  
  
void \*print\_count(void \*m)  
\{  
  int i;  
  for(i=0;i<NUM;i++)\{  
    printf("count = %d\\n",counter);  
    sleep(1);  
  \}  
  return NULL;  
\}  
  
该进程有两个线程并发执行，使用同一个全局变量counter，两个线程都有对counter的访问权，都可以对其进行访问。

初始线程每一秒对counter进行加1操作，而新线程每一秒对counter进行一次打印操作。

这样，我们看一下输出结果：

![20161020100916444][]

我们可以看到，两次输出有不一样的结果，原因就在于在新线程对全局变量counter进行打印时，可能初始线程刚刚对counter进行了加1操作，

也可能是刚打印完初始线程才对counter进行了加1操作。这就造成了输出结果的不确定。

由此我们可以看到，使用全局变量既可进行通信，也同时是一个危险的行为。

五、总结

本文简单介绍了并发函数的使用，其中涉及了几个简单的系统调用。需要注意的是，并发函数使用全局变量既方便，但也危险。本文还未涉及如何安全的对全局变量进行访问。待到下次分析。

[20161020100907592]: /images/20220715/b8274c2e7aa94dd0a6cbb94a2e55e88d.png
[20161020100912851]: /images/20220715/f50ea5a48900416db108ef8faa6fb5e8.png
[20161020100916444]: /images/20220715/41a793db0719441f8039702c24b96889.png