Android C++系列：Linux线程（三）线程属性

linux下线程的属性是可以根据实际项目需要，进行设置，之前我们讨论的线程都是采用线程的默认属性，默认属性已经可以解决绝大多数开发时遇到的问 题。如我们对程序的性能提出更高的要求那么需要设置线程属性，比如可以通过设置线程栈的大小来降低内存的使用，增加最大线程个数。

typedef struct {
    int etachstate; //线程的分离状态
    int schedpolicy; //线程调度策略
    structsched_param schedparam; //线程的调度参数
    int inheritsched; //线程的继承性
    int scope;//线程的作用域
    size_t guardsize;//线程栈末尾的警戒缓冲区大小
    int stackaddr_set; //线程的栈设置
    void* stackaddr; //线程栈的位置
    size_t stacksize; //线程栈的大小        
}pthread_attr_t; 

注:目前线程属性在内核中不是直接这么定义的，抽象太深不便分析，为方便理解，我们使用早期的线程属性定义，两者之间定义的主要元素差别不大。

属性值不能直接设置，须使用相关函数进行操作，初始化的函数为pthread_attr_init， 这个函数必须在pthread_create函数之前调用。之后须用pthread_attr_destroy函数来释 放资源。线程属性主要包括如下属性:作用域(scope)、栈尺寸(stack size)、栈地址 (stack address)、优先级(priority)、分离的状态(detached state)、调度策略和 参数(scheduling policy and parameters)。默认的属性为非绑定、非分离、缺省M的堆 栈、与父进程同样级别的优先级。

1. 线程属性初始化

先初始化线程属性，再pthread_create创建线程

#include <pthread.h>
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); //初始化线程属性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); //销毁线程属性所占用的资源

2. 线程的分离状态(detached state)

线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。

非分离状态:线程的默认属性是非分离状态，这种情况下，原有的线程等待创建的线程 结束。只有当pthread_join()函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统 资源。

分离状态:分离线程没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，马上释放系统资源。应该根据自己的需要，选择适当的分离状态。

线程分离状态的函数:

#include <pthread.h>
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); //设置线程属性，分离or非分离
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate); //获取程属性，分离or非分离
pthread_attr_t *attr:被已初始化的线程属性
int *detachstate:可选为PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离线程)和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE(非分离线程)

这里要注意的一点是，如果设置一个线程为分离线程，而这个线程运行又非常快， 它很可能在pthread_create函数返回之前就终止了，它终止以后就可能将线程号和系统资源移交给其他的线程使用，这样调用pthread_create的线程就得到了错误的线程号。 要避免这种情况可以采取一定的同步措施，最简单的方法之一是可以在被创建的线程里调用pthread_cond_timedwait函数，让这个线程等待一会儿，留出足够的时间让函数 pthread_create返回。设置一段等待时间，是在多线程编程里常用的方法。但是注意不要使 用诸如wait()之类的函数，它们是使整个进程睡眠，并不能解决线程同步的问题。

3. 线程的栈地址(stack address)

POSIX.1定义了两个常量_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE 检测系统是否支持栈属性。也可以给sysconf函数传递_SC_THREAD_ATTR_STACKADDR或 _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE 来进行检测。

当进程栈地址空间不够用时，指定新建线程使用由malloc分配的空间作为自己的栈空 间。通过pthread_attr_setstackaddr和pthread_attr_getstackaddr两个函数分别设置和获 取线程的栈地址。传给pthread_attr_setstackaddr函数的地址是缓冲区的低地址(不一定 是栈的开始地址，栈可能从高地址往低地址增长)。

include <pthread.h>
int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);
int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr);

• attr: 指向一个线程属性的指针
• stackaddr: 返回获取的栈地址 返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号
• 说 明:函数已过时，一般用下面讲到的pthread_attr_getstack来代替

4. 线程的栈大小(stack size)

当系统中有很多线程时，可能需要减小每个线程栈的默认大小，防止进程的地址空间不 够用,当线程调用的函数会分配很大的局部变量或者函数调用层次很深时，可能需要增大线 程栈的默认大小。

函数pthread_attr_getstacksize和 pthread_attr_setstacksize提供设置。

#include <pthread.h>
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize); 
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);

• attr 指向一个线程属性的指针
• stacksize 返回线程的堆栈大小
• 返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号

除上述对栈设置的函数外，还有以下两个函数可以获取和设置线程栈属性

#include <pthread.h>
int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize); 
int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize);

• attr 指向一个线程属性的指针
• stackaddr 返回获取的栈地址
• stacksize 返回获取的栈大小
• 返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号

5. 线程属性控制实例

#include <stdio.h>
#include <pthread.h> 
#include <string.h> 
#include <stdlib.h>
#define SIZE 0x10000
int print_ntimes(char *str) {
    sleep(1); 
    printf("%s\n", str); 
    return 0;
}
void *th_fun(void *arg) {
    int n = 3; 
    while (n--)
        print_ntimes("hello xwp\n"); 
}
        
int main(void){
    pthread_t tid;
    int err, detachstate, i = 1; 
    pthread_attr_t attr;
    size_t stacksize;
    void *stackaddr;
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_getstack(&attr, &stackaddr, &stacksize); 
    printf("stackadd=%p\n", stackaddr); 
    printf("stacksize=%x\n", (int)stacksize);
    pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate); 
    if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED)
        printf("thread detached\n");
    else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE)
        printf("thread join\n"); 
    else
        printf("thread un known\n");
    /* 设置线程分离属性 */
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); 
    while (1) {
        /* 在堆上申请内存，指定线程栈的起始地址和大小 */ 
        stackaddr = malloc(SIZE);
        if (stackaddr == NULL) {
            perror("malloc");
            exit(1); 
        }
        stacksize = SIZE;
        pthread_attr_setstack(&attr, stackaddr, stacksize);
        err = pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL); 
        if (err != 0) {
            printf("%s\n", strerror(err));
            exit(1); 
        }
        printf("%d\n", i++); 
    }
    pthread_attr_destroy(&attr);
    return 0;
}

6. 线程其他注意事项

6.1 NPTL

1. 察看当前pthread库版本getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION
2. NPTL实现机制(POSIX),Native POSIX Thread Library
3. 使用线程库时gcc指定 -lpthread

6.2 线程终止方式

如果需要只终止某个线程而不终止整个进程，可以有三种方法:

1. 从线程主函数return。这种方法对主控线程不适用，从main函数return相当于调用 exit；
2. 一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程；
3. 线程可以调用pthread_exit终止自己。

6.3 细节注意

1. 主线程退出其他线程不退出，主线程应调用ptrhed_exit ；

2. 避免僵线程：

   • join
   • pthread_deatch
   • pthread_create指定分离属性
   • 被join线程可能在join函数返回前就释放完自己的所有内存资源，所以不应当返回被回收线程栈中的值;
3. malloc和mmap申请的内存可以被其他线程释放；
4. 如果线程终止时没有释放加锁的互斥量，则该互斥量不能再被使用；
5. 应避免在多线程模型中调用fork除非，马上exec，子进程中只有调用fork的线程存在，其他线程在子进程中均pthread_exit；
6. 信号的复杂语义很难和多线程共存，应避免在多线程引入信号机制

7. 总结

本文介绍了线程属性：线程属性初始化、线程的分离状态、线程的栈地址、线程的栈大小；还介绍了线程的NPTL、线程终止方式、注意细节等注意事项。