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🔗接上篇【线程篇Ⅰ】

👉🔗【Linux】线程篇Ⅰ：线程和task_struct 执行流的理解、相关接口命令、线程异常、线程的私有和共享

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五、线程库 和 线程 id

对于 Linux 目前实现的 NPTL 实现而言

pthread_t 类型的线程 ID，本质就是一个 进程地址空间 上的一个地址。

线程篇Ⅰ中涉及到的接口，主要是原生系统库的系统级解决方案，虽然在库中实现但是跟语言一样，比语言更靠近底层罢了。而 C++ 其实是对线程库做的封装！！

虽然原生接口效率更高，但是 语言接口 有跨平台性。不确定只在 Linux 下跑的还是推荐使用语言接口。

另：有如下 线程独立栈 的理解和应用

• 通过更改 寄存器 ebp、esp 就能 切换 线程栈
• 数据通过 ebp - 偏移量 进行访问或者开辟空间（ebp 是一个相对稳定的位置）
• 首地址之所以是低地址，是因为栈的扩展方式 和 ebp 开辟空间的方式（如图）。

/*__thread*/ int g_val = 100;void *threadRoutine(void* args)
{string name = static_cast<const char*>(args);int cnt = 5;while(cnt){// 局部变量cout << name << " : " << cnt-- << " : " << hexAddr(pthread_self()) << " &cnt: " << &cnt << endl;// 全局变量cout << name << " g_val: " << g_val++ << ", &g_val: " << &g_val << endl;sleep(1);}return nullptr;
}int main()
{pthread_t t1, t2, t3;pthread_create(&t1, nullptr, threadRoutine, (void*)"thread 1");pthread_create(&t2, nullptr, threadRoutine, (void*)"thread 2"); pthread_join(t1, nullptr);pthread_join(t2, nullptr);return 0
}

• 线程函数中的 临时变量，储存在 进程地址空间 共享区的 线程库的 线程栈 中，线程各自使用互不影响。

• 全局变量 储存在主线程的 已初始化数据段，其他新线程访问全局变量访问的是同一个，是并发访问。

• 前面 声明 __thread （局部存储）字样的全局部变量 ，储存在已初始化数据段，并在产生新线程后，拷贝到 线程库的 线程局部存储段 中，供各自线程使用且互不影响。（由于地址空间的分布规则，全局数据被拷贝后的地址会比原来的地址大很多，如上图示）

    __thread 定义的全局变量 可以应用在：带出某一个函数 被 各个线程调用的次数
  

• __thread 局部存储 与 static 静态变量 没有关系哦，静态变量被所有线程共享的，存在已初始化数据段。

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六、互斥（加锁）

任何一个时刻，都只允许一个执行流在进行共享资源的访问，叫做 互斥，也叫 加锁

• 我们把任何一个时刻，都只允许一个执行流在进行访问的 共享资源，叫做 临界资源。
• 任何一个线程，都有代码 访问临界资源 的叫做，临界区
• 不访问临界资源 的区域叫做，非临界区
• 控制进出临界区的手段（加锁）造就了临界资源。

加锁 可以保证一系列操作，要不做完 要不不做，这种特性叫做 原子性，临界资源是有原子性的。

1. 一些接口

pthread_mutex_t 是原生系统库给我们提供的一种数据类型，用来创建锁。

以下接口头文件相同：

 #include <pthread.h>

1.1 pthread_mutex_init 函数：锁的初始化

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

参数 restrict mutex：

• 需要初始化的锁名称

参数 restrict attr：

• 属性，保持默认设置为 nullptr

注意：静态或者全局的锁，可以用如下的宏直接对锁做初始化

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

1.2 pthread_mutex_destroy 函数：锁的销毁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

参数 mutex：

• 需要销毁的锁的名称

1.3 pthread_mutex_lock 函数：上锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

参数 mutex：

• 需要销毁的锁的名称

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

参数 mutex：

• 需要销毁的锁的名称

1.4 pthread_mutex_unlock 函数：解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

参数mutex：

• 需要解锁的锁的名称

1.5 使用案例 及 注意细节

🌰案例：实现多线程同时抢票

// 临界资源
int tickets = 1000;                               class TData
{
public:TData(const string &name, pthread_mutex_t *mutex):_name(name), _pmutex(mutex){}~TData(){}
public:string _name;pthread_mutex_t *_pmutex;
};void threadRoutine(void *args)
{TData *td = static_cast<TData *>(args);while (true){pthread_mutex_lock(td->_pmutex); if (tickets > 0){usleep(2000);cout << td->_name << " get a ticket: " << tickets-- << endl; // 临界区pthread_mutex_unlock(td->_pmutex);}else{pthread_mutex_unlock(td->_pmutex);break;}// 我们抢完一张票的时候，我们还要有后续的动作// usleep(13);}
}int main()
{pthread_mutex_t mutex;pthread_mutex_init(&mutex, nullptr);pthread_t tids[4];int n = sizeof(tids)/sizeof(tids[0]);for(int i = 0; i < n; i++){char name[64];snprintf(name, 64, "thread-%d", i+1);TData *td = new TData(name, &mutex);pthread_create(tids+i, nullptr, threadRoutine, td);}for(int i = 0; i < n; i++){pthread_join(tids[i], nullptr);}pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;
}

注意细节：

1. 加锁本质就是给 临界区 加锁，凡是访问同一个 临界资源 的线程，都要进行加锁保护，而且 必须加同一把锁。加锁的粒度 要尽可能的细。

2. 由于所有线程都必须要先看到同一把锁，锁本身就是公共资源，不过 加锁和解锁本身就是原子的，可以保证自己的安全

3. 临界区可以是一行代码，可以是一批代码，线程仍然可能在临界区任意位置被切换，加锁并不影响这一点。

   切换线程不会影响锁的安全性，比如该线程加锁后被切走了，由于这个整个临界区的原子性，没有被解锁的情况下，任何人都没有办法进入临界区。即 他人无法成功的申请到锁，因为锁被该线程拿走了。

4. 这也正是体现互斥带来的串行化的表现，站在其他线程的角度，对其他线程有意义的状态就是：锁被我申请（持有锁），锁被我释放了（不持有锁）， 原子性就体现在这

2. 原理

1. swap 或 exchange 指令，该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换，由于只有一条指令，保证了原子性

2. 寄存器硬件只有一套，但是寄存器内部的数据是每一个线程都要有的。寄存器 != 寄存器的内容（执行流的上下文）

3. 加锁解锁的代码怎么执行的？

• 首先：在内存中创建锁对象 mutex，这是一个共享对象，里面置 1

• • 这个 1 很重要，一个锁对象只会生成一个 1，1 在哪个线程的手上就是哪个线程有权访问临界资源，这个 1 只会流转，不会新建！

• 接着，线程调用接口 pthread_mutex_lock()

// 实现接口，编译的伪代码如下
lock:movb $0, %al	// al是放线程上下文的寄存器，这里调用了线程，向自己的上下文写入 0xchgb %al, mutex	// 将al寄存器和内存中mutex里的值做交换（本质是，线程将共享数据交换到自己私有的上下文中，因为这里只有一条代码，正是这一条代码才保证了加锁的原子性）if(al寄存器的内容 > 0)return 0;else挂起等待;goto lock;

• pthread_mutex_unlock() 的伪代码

	movb $1, %al唤醒等待 Mutex 的线程;return 0;