1. 程式人生 > >技術系列之 執行緒(二)

技術系列之 執行緒(二)

為了後面寫的《網路模型(二)》,多寫一篇關於執行緒的。執行緒使用涉及的主要資料結構以及應用框架可以參考http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/01/15/41175.html。本文的主要目的是給出linux下實用的執行緒訊息佇列實現。
一、linux上執行緒相關的操作有下面幾種:
(1)pthread_t型別的建立、屬性建立設定等。
這類具體可以:man pthread_creat; man pthread_attr_init;man pthread_detach;man pthread_join;等檢視
(2)pthread_mutex_t型別的操作。
這類具體可以: man pthread_mutex_init可以看到所有相關的操作。
(3)pthread_cond_t型別的操作。同樣:man pthread_cond_init。pthread_cond_t的wait和signal操作一定要和pthread_mutex_t的lock、unlock配合使用。類似於此:

pthread_mutex_t mux=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond
=PTHREAD_COND_INITIALIZER;

//wait操作:
pthread_mutex_lock(&mux);
pthread_cond_wait(
&cond,&mux);//睡眠前將內部會執行pthread_mutex_unlock,醒來時內部會執行pthread_mutex_lock
pthread_mutex_unlock(&mux);

//signal操作
pthread_mutex_lock(&mux);
pthread_cond_signal(
&cond);
pthread_mutex_unlock(
&mux);

(4)sem_t型別的操作。同樣:man sem_init 這個系列一般是用不到的,太重量級了,也是最強大的一種。

二、linux2.6核心的執行緒庫。2.6核心的預設安裝的是redhat公司的NPTL(原生posix執行緒庫),以前核心安裝的是LinuxThreads庫,兩者的簡單介紹可以看http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-threading.html。不過對於應用者,分析兩者的區別和優劣也沒什麼大意義。這裡特別提下NPTL的futex機制。藉助該機制,pthread_mutex的效能大大提高,只要不進入競爭態,程序就不會陷入核心態。這點可以自己寫示例程式,通過strace -c 跟蹤程序的系統呼叫得以證實,另外還可以證實總是進入核心態的操作有pthread_cond_signal和sem_post。

三、實用的執行緒訊息佇列實現。下面設計一個具有執行緒訊息佇列的執行緒封裝類。通過上面的分析,我們可以有如下結論:
(1)減少pthread_cond_signal和sem_post的呼叫,只在有必要的時候呼叫;
(2)儘量避免pthread_mutex進入競爭態。增大訊息佇列的大小,可以有效減少競態條件的出現。

下面給出一個實用的執行緒訊息佇列的實現類,這個類也將是以後《網路模型》文章中用到的執行緒訊息佇列類,程式碼註釋請看對私有屬性的註釋:

class CThreadQueue
{

public:
    CThreadQueue(
int queueSize=1024):
        sizeQueue(queueSize),lput(
0),lget(0),nFullThread(0),nEmptyThread(0),nData(0)
    
{
        pthread_mutex_init(
&mux,0);
        pthread_cond_init(
&condGet,0);
        pthread_cond_init(
&condPut,0);
        buffer
=newvoid*[sizeQueue];
    }

    virtual 
~CThreadQueue()
    
{
        delete[] buffer;

          pthread_cond_destroy(&condPut/CondGet/mut......);


    }

    
void* getq()
    
{
        
void*data;
        pthread_mutex_lock(
&mux);
        
while(lget==lput&&nData==0)//此處迴圈判斷的原因如下:假設2個執行緒在getq阻塞,然後兩者都被啟用,而其中一個執行緒執行比較塊,快速消耗了2個數據,另一個執行緒醒來的時候已經沒有新資料可以消耗了。另一點,man pthread_cond_wait可以看到,該函式可以被訊號中斷返回,此時返回EINTR。為避免以上任何一點,都必須醒來後再次判斷睡眠條件。更正:pthread_cond_wait是訊號安全的系統呼叫,不會被訊號中斷。
{
            nEmptyThread
++;
            pthread_cond_wait(
&condGet,&mux);
            nEmptyThread
--;     
        }

            
        data
=buffer[lget++];
        nData
--;
        
if(lget==sizeQueue)
        
{
            lget
=0;
        }

        
if(nFullThread) //必要時才進行signal操作,勿總是signal
{
            pthread_cond_signal(
&condPut);    
        }

        pthread_mutex_unlock(
&mux);
        
return data;
    }

    
void putq(void*data)
    
{
        pthread_mutex_lock(
&mux);
        
while(lput==lget&&nData)
        

            nFullThread
++;
            pthread_cond_wait(
&condPut,&mux);
            nFullThread
--;
        }

        buffer[lput
++]=data;
        nData
++;
        
if(lput==sizeQueue)
        
{
            lput
=0;
        }

        
if(nEmptyThread)
        
{
            pthread_cond_signal(
&condGet);
        }

        pthread_mutex_unlock(
&mux);
    }

private:
    pthread_mutex_t mux;
    pthread_cond_t condGet;
    pthread_cond_t condPut;

    
void** buffer;    //迴圈訊息佇列
int sizeQueue;        //佇列大小
int lput;        //location put  放資料的指標偏移
int lget;        //location get  取資料的指標偏移
int nFullThread;    //佇列滿,阻塞在putq處的執行緒數
int nEmptyThread;    //佇列空,阻塞在getq處的執行緒數
int nData;        //佇列中的訊息個數,主要用來判斷佇列空還是滿
}
;

下面給出這個執行緒訊息佇列的一個使用舉例:

#include <pthread.h>
#include 
<stdio.h>
#include 
<unistd.h>
#include 
<stdlib.h>
CThreadQueue queue;//使用的時候給出稍大的CThreadQueue初始化引數,可以減少進入核心態的操作。

void* produce(void* arg)
{
    
int i=0;
    pthread_detach(pthread_self());
    
while(i++<100)
    
{
        queue.putq((
void*)i);
    }

}

void*consume(void*arg)
{
    
int data;
    
while(1)
    
{
        data
=(int)(queue.getq());
        printf(
"data=%d/n",data)
    }

}

int main()
{    pthread_t pid;
    
int i=0;

    
while(i++<3)
        pthread_create(
&pid,0,produce,0);
    i
=0;
    
while(i++<3)
        pthread_create(
&pid,0,consume,0);
    sleep(
300);
}