编辑“︁C 语言 posix 线程”︁

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== 简介 ==  
'''POSIX线程'''（通常称为'''pthreads'''）是遵循[[POSIX]]标准的线程库，用于在C语言中实现多线程编程。它提供了一套API，允许开发者创建、管理和同步线程，从而充分利用多核处理器资源。pthreads是Unix/Linux系统中的标准线程实现，也是跨平台多线程开发的重要工具。  

多线程编程的核心目标是实现'''并发执行'''，即多个线程在同一进程内共享内存空间，但拥有独立的执行流。与多进程相比，线程的创建和切换开销更小，但需要更谨慎地处理'''资源共享'''和'''同步问题'''。  

== 核心概念 ==  
=== 线程与进程的区别 ===  
* '''进程'''：独立的执行单元，拥有独立的地址空间和系统资源。  
* '''线程'''：轻量级进程，共享同一进程的地址空间和资源，但拥有独立的栈和程序计数器。  

<mermaid>  
graph LR  
    A[进程] --> B[主线程]  
    A --> C[线程1]  
    A --> D[线程2]  
    B & C & D --> E[共享内存/全局变量]  
</mermaid>  

=== pthreads 基本API ===  
以下是pthreads的核心函数：  
* <code>pthread_create()</code>：创建新线程。  
* <code>pthread_join()</code>：等待线程终止。  
* <code>pthread_exit()</code>：显式退出线程。  
* <code>pthread_mutex_lock()</code>：互斥锁，用于同步。  

== 基础示例 ==  
=== 创建线程 ===  
以下示例展示如何创建并运行一个线程：  

<syntaxhighlight lang="c">  
#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>  

// 线程函数  
void* print_message(void* msg) {  
    printf("线程消息: %s\n", (char*)msg);  
    pthread_exit(NULL);  
}  

int main() {  
    pthread_t thread;  
    char* message = "Hello, pthread!";  

    // 创建线程  
    int ret = pthread_create(&thread, NULL, print_message, (void*)message);  
    if (ret != 0) {  
        perror("线程创建失败");  
        return 1;  
    }  

    // 等待线程结束  
    pthread_join(thread, NULL);  
    printf("主线程结束\n");  
    return 0;  
}  
</syntaxhighlight>  

'''输出'''：  
<pre>  
线程消息: Hello, pthread!  
主线程结束  
</pre>  

=== 线程同步（互斥锁） ===  
当多个线程访问共享资源时，需使用互斥锁（Mutex）避免竞争条件：  

<syntaxhighlight lang="c">  
#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>  

int counter = 0;  
pthread_mutex_t lock;  

void* increment_counter(void* arg) {  
    pthread_mutex_lock(&lock);  
    for (int i = 0; i < 100000; i++) counter++;  
    pthread_mutex_unlock(&lock);  
    pthread_exit(NULL);  
}  

int main() {  
    pthread_t t1, t2;  
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);  

    pthread_create(&t1, NULL, increment_counter, NULL);  
    pthread_create(&t2, NULL, increment_counter, NULL);  

    pthread_join(t1, NULL);  
    pthread_join(t2, NULL);  

    printf("最终计数器值: %d\n", counter);  // 应为200000  
    pthread_mutex_destroy(&lock);  
    return 0;  
}  
</syntaxhighlight>  

== 高级主题 ==  
=== 条件变量 ===  
条件变量（<code>pthread_cond_t</code>）用于线程间通信，允许线程等待特定条件成立：  

<syntaxhighlight lang="c">  
#include <pthread.h>  

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;  
int ready = 0;  

void* consumer(void* arg) {  
    pthread_mutex_lock(&mutex);  
    while (!ready) pthread_cond_wait(&cond, &mutex);  
    printf("条件满足，继续执行\n");  
    pthread_mutex_unlock(&mutex);  
    pthread_exit(NULL);  
}  

void* producer(void* arg) {  
    pthread_mutex_lock(&mutex);  
    ready = 1;  
    pthread_cond_signal(&cond);  
    pthread_mutex_unlock(&mutex);  
    pthread_exit(NULL);  
}  
</syntaxhighlight>  

=== 线程属性 ===  
可通过<code>pthread_attr_t</code>设置线程属性（如栈大小、分离状态）：  

<syntaxhighlight lang="c">  
pthread_attr_t attr;  
pthread_attr_init(&attr);  
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);  
pthread_t thread;  
pthread_create(&thread, &attr, thread_function, NULL);  
</syntaxhighlight>  

== 实际应用案例 ==  
=== 多线程Web服务器 ===  
Web服务器（如Nginx）使用线程池处理并发请求：  
1. 主线程监听端口，接收连接。  
2. 工作线程处理请求（读取文件、生成响应）。  

=== 并行计算 ===  
将大规模计算任务（如矩阵乘法）分解为多个线程并行执行：  
<math>  
C_{i,j} = \sum_{k=1}^{n} A_{i,k} \times B_{k,j}  
</math>  

== 常见问题 ==  
* '''Q: 线程安全是什么？'''  
  A: 函数或代码在多线程环境下能正确执行，无需额外同步。  
* '''Q: 如何避免死锁？'''  
  A: 按固定顺序获取锁，或使用超时机制（如<code>pthread_mutex_trylock</code>）。  

== 总结 ==  
POSIX线程是C语言多线程编程的核心工具，适用于需要高并发和资源共享的场景。初学者应重点掌握线程创建、同步机制（互斥锁、条件变量），而高级用户可探索线程池、性能优化等进阶主题。  

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