由一个线程例子引发的思考

原文链接：http://blog.csdn.net/lyh__521/article/details/49759111

在谈这个例子之前先贴上进程与线程的内存结构，方便对线程有一个更深的理解。（ 如果觉得前面的介绍很烦，可以直接跳到最后看问题的分析和最终解决方法的代码 ）

进程的内存结构

下图是在Linux/x86-32中典型的进程内存结构，从图中的地址分布可以看出，内核态占1G空间，用户态占3G空间

关于进程的虚拟地址空间可以参考： http://blog.csdn.net/slvher/article/details/8831885
更详细的了解，可以查阅《深入理解计算机系统》虚拟存储器章节和《操作系统教程–Linux实例分析》。

拥有2个线程的进程的内存空间

下图没有画出内核态

可以看出线程和进程的一个明显的区别， 线程内存空间并不会独立于创建他的进程，线程是运行在进程的地址空间中的。同一程序中的所有线程共享同一份全局内存区域，其中包括初始化数据段，未初始化数据段，以及堆内存段。

线程例子

这个程序想要实现的是：
计算3个线程总共循环了多少次，main_counter 是直接计算总的循环次数，counter[i] 是计算第 i 号线程循环的次数。sum 是3个线程各自循环次数的总和。所以，理论上main_counter 和 sum 值应该是相等的，因为都是在计算总循环次数。

代码1：

#include#include#include#include#include#include#define MAX_THREAD  3  //线程个数unsigned long long   main_counter,counter[MAX_THREAD]={0};void* thread_worker(void*  arg)
{//将指针先强转为int* 再赋值 
    int  thread_num = *(int*)arg;//    printf("thread_id:%lu   counter[%d]\n",pthread_self(),thread_num);
    for(;;)
    {
        counter[thread_num]++;    //本线程的counter 加 1
        main_counter++;
    }
}int main(int argc,char* argv[])
{    int                 i,rtn,ch;
    pthread_t           pthread_id[MAX_THREAD] =  {0};  //存放线程
    for(i=0;i//传 &i 
        pthread_create(&pthread_id[i],NULL,thread_worker,&i);
    }    do
    {        unsigned long long   sum = 0;        for(i=0;iprintf("No.%d: %llu\n",i,counter[i]);
        }        printf("%llu/%llu\n",main_counter,sum);
    }while((ch = getchar())!='q');    return 0;
}

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这个程序执行后，加上主线程共有4个线程在运行，子线程执行的都是thread_worker 函数中的内容：

在这块，其实对于子线程共享了主线程的哪些资源，不必死记硬背。既然子线程运行的是函数中的内容，我们不妨就把子线程的运行想象成在调用函数。只是与我们平时写的单线程的程序不同的是，thread_worker 函数被调用了3次，而且3个函数在同时被执行。main_counter 和 counter[] 数组是全局的，所以3个子线程可以直接使用和改变它们。而thread_num 是函数内的局部变量，所以线程之间互相不可见。

下来看看在这个程序中我们可能会遇到哪些问题？

问题1 ： 传参很诡异

原因： 传参被主线程破坏 。

分析：
正像上面代码中那样，我们在创建线程的时候习惯于传指针或取地址进去，即 &i ：

 pthread_create(&pthread_id[i],NULL,thread_worker,&i);

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这时发现运行结果是这样的：

很奇怪，0号线程和1号线程的循环次数是0，多执行几次发现经常会有线程循环次数为0，但是3个线程分明都被创建成功了，不可能不执行for 循环。

将代码1 函数中的注释去掉，我们打印一下thread_num 的值是否正常，同时打印线程ID用于区分线程：

居然没有1号线程打印的 counter[i] ,但是打印3个thread_id 值不同，说明线程1也在运行。只是因为 i = 1 传入线程函数后，thread_num 却变成了2，导致最后线程1 和 线程2 都是在对 counter[2] 执行加法操作。看来传参过程出现了问题。

看一下参数传递的具体过程：

很明显，当线程在执行thread_num的赋值操作之前很有可能因为时间片用完将CPU控制权交给其他线程或者此时有其他线程在同时运行（多核CPU）。

当传 &i 进去时，可能会发生以下情况：

如上图，如果在赋值之前，主线程进行了下一次for 循环，执行 i++ ，准备创建 1 号线程时，*arg 变成了 1 。因为 &i = arg = 0x6666，它们对应的是同一块内存。

对了，上述代码还有可能会出现3个线程传过去的参数都变成0的情况，起初很不解，参数应该只会偏大不应该比真实值小啊。在谷仕涛同学的提醒下，终于找到了原因，源头在这块代码：

当主线程很快的执行完44～47的for循环，马上又进入49～行的do while 循环中，并且执行了52行for 的第一次循环时，i 被赋值为了0，此时就有可能导致thread_worker 函数中的 *arg 变为了0，使得传参发生异常。

解决方法

1、 值传递

直接传 i 的值进入，而不是传地址。

...void* thread_worker(void*  arg)
{
    int  thread_num = (int)arg;    ...}

int main(int argc,char* argv[])
{    ...
    for(i=0;iNULL,thread_worker,(void*)i);
    }    ...
    return 0;
}

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现在传参正常了。
但是，也许你还是有点不满意，编译的时候有个警告，不太想看见它：

因为编译器虽然支持（void ）转化为（int）,但还是不推荐这样做，所以产生了 warning 。我们还可以用其他方法。*

2、 借用数组传参

将3次传递的参数分别保存为数组的不同元素：

//关键代码
void* thread_worker(void*  arg)
{
    //先将void* 转为 int* 再赋值
    int  thread_num = *(int*)arg;    ...}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int                 i,rtn,ch;
    pthread_t           pthread_id[MAX_THREAD] =  {0};  //存放线程
    //保存参数的数组
    int                 param[3];    for(i=0;iNULL,thread_worker,param+i);
    }    ...

    return 0;
}

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这个方法可以解决问题，但是不具有灵活性，如果创建了很多个线程呢，难道要有一个很大的数组么。线程数量不确定怎么办，数组定为多大才是合适的呢？
下面我们采用第3种方法。

3、动态申请临时内存

因为每次申请内存返回的地址都不一样，所以参数传指针进去不会有问题，要记得赋值完释放内存，避免内存泄漏。

...void* thread_worker(void*  arg)
{
    //先将void* 转为 int* 再赋值
    int  thread_num = *(int*)arg;
    //释放内存
    free((int*)arg);    ...}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int                 i,rtn,ch;
    pthread_t           pthread_id[MAX_THREAD] =  {0};  //存放线程

    int                 *param;    for(i=0;iNULL,thread_worker,param);
    }    ...