C/C++中线程基本概念与创建详解

2022-11-13 16:11:31 线程详解基本概念

一、线程基本概念

线程是在进程中产生的一个执行单元，是CPU调度和分配的最小单元，其在同一个进程中与其他线程并行运行，他们可以共享进程内的资源，比如内存、地址空间、打开的文件等等。

线程是CPU调度和分派的基本单位，

进程是分配资源的基本单位

进程：正在运行的程序

是处于执行期的程序以及它所管理的资源（如打开的文件、挂起的信号、进程状态、地址空间等等）的总称，从操作系统核心角度来说，进程是操作系统调度除CPU时间片外进行的资源分配和保护的基本单位，它有一个独立的虚拟地址空间，用来容纳进程映像(如与进程关联的程序与数据)，并以进程为单位对各种资源实施保护，如受保护地访问处理器、文件、外部设备及其他进程(进程间通信)

计算机有很多资源组成，比如CPU、内存、磁盘、鼠标、键盘等，就像一个工厂由电力系统、作业车间、仓库、管理办公室和工人组成

假定工厂的电力有限，一次只能供给一个或少量几个车间使用。也就是说，一部分车间开工的时候，其他车间都必须停工。背后的含义就是，单个CPU一次只能运行一个任务，多个CPU能够运行少量任务。

线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程，他们协同完成某一个任务。

二、为什么使用多线程

1.避免阻塞

大家知道，单个进程只有一个主线程，当主线程阻塞的时候，整个进程也就阻塞了，无法再去做其它的一些功能了。

2.避免CPU空转

应用程序经常会涉及到rpc，数据库访问，磁盘io等操作，这些操作的速度比CPU慢很多，而在等待这些响应时，CPU却不能去处理新的请求，导致这种单线程的应用程序性能很差。

3.提升效率

一个进程要独立拥有4GB的虚拟地址空间，而多个线程可以共享同一地址空间，线程的切换比进程的切换要快得多。

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三、创建线程函数

1.CreateThread

CreateThread是一种微软在windows api中提供了建立新的线程的函数，该函数在主线程的基础上创建一个新线程。线程终止运行后，线程对象仍然在系统中，必须通过CloseHandle函数来关闭该线程对象。

HANDLE CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//SD
    SIZE_T dwStackSize,//initialstacksize
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,//threadfunction
    LPVOID lpParameter,//threadargument
    DWord dwCreationFlags,//creationoption
    LPDWORD lpThreadId//threadidentifier
)

第一个参数 lpThreadAttributes 表示线程内核对象的安全属性，一般传入NULL表示使用默认设置。

第二个参数 dwStackSize 表示线程栈空间大小。传入0表示使用默认大小（1MB）。

第三个参数 lpStartAddress 表示新线程所执行的线程函数地址，多个线程可以使用同一个函数地址。

第四个参数 lpParameter 是传给线程函数的参数。

第五个参数 dwCreationFlags 指定额外的标志来控制线程的创建，为0表示线程创建之后立即就可以进行调度，如果为CREATE_SUSPENDED则表示线程创建后暂停运行，这样它就无法调度，直到调用ResumeThread()。

第六个参数 lpThreadId 将返回线程的ID号，传入NULL表示不需要返回该线程ID号

2._beginthreadex

unsigned long _beginthreadex(
    void *security,    // 安全属性， 为NULL时表示默认安全性
    unsigned stack_size,    // 线程的堆栈大小， 一般默认为0
    unsigned(_stdcall *start_address)(void *),   // 线程函数
    void *argilist, // 线程函数的参数
    unsigned initflag,    // 新线程的初始状态，0表示立即执行，//CREATE_SUSPENDED表示创建之后挂起
    unsigned *threaddr    // 用来接收线程ID
 
);

返回值 : // 成功返回新线程句柄，失败返回0

__stdcall表示

1.参数从右向左压入堆栈

2.函数被调用者修改堆栈

四、简单多线程示例

现在有三个任务，Tom每隔3秒捉一次Jerry，Jerry每隔2秒吃一次奶酪，Spike每隔1秒打一次Tom。分别用CreateThread和_beginthreadex实现

使用_beginthreadex

#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
#include<process.h>
 
//Tom每隔3秒捉一次老鼠
unsigned WINAPI thread_main_Tom(void* arg) {
	int cnt = *((int*)arg);
	for (int i = 0; i < cnt; i++) {
		Sleep(3000);
		puts("Tom 捉老鼠\n");
	}
	return 0;
}
//Jerry每隔1秒吃一次奶酪
unsigned WINAPI thread_main_Jerry(void* arg) {
	int cnt = *((int*)arg);
	for (int i = 0; i < cnt; i++) {
		Sleep(1000);
		puts("Jerry 吃奶酪\n");
	}
	return 0;
}
//Spike每隔2秒打一次猫
unsigned WINAPI thread_main_Spike(void* arg) {
	int cnt = *((int*)arg);
	for (int i = 0; i < cnt; i++) {
		Sleep(2000);
		puts("Spike 打猫\n");
	}
	return 0;
}
 
int main() {
	int Tom = 20, Jerry = 50, Spike = 40;
    //保存线程Id
	unsigned int Tom_id, Jerry_id, Spike_id;
    //创建线程
	_beginthreadex(NULL, 0, thread_main_Tom, (void*)&Tom, 0, &Tom_id);
	_beginthreadex(NULL, 0, thread_main_Jerry, (void*)&Jerry, 0, &Jerry_id);
	_beginthreadex(NULL, 0, thread_main_Spike, (void*)&Spike, 0, &Spike_id);
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

使用CreateThread

#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
#include<process.h>
 
//DWORD就是unsigned long
//LPVOID是void*
DWORD _stdcall ThreadFun(LPVOID p) {
 
	printf("我是子线程，PID=%d", GetCurrentThreadId());
	return 0;
}
 
int main() {
	printf("main begin\n");
	HANDLE hThead;
	DWORD dwThreadID;
	hThead = CreateThread(NULL, 0, ThreadFun, 0, 0, &dwThreadID);
	printf("我是主线程，PID=%d\n",GetCurrentThreadId());
	Sleep(2000);
	//关闭线程
	if (hThead) {
		CloseHandle(hThead);
	}
	system("pause");
	return 0;
}