什么是 POSIX Threads

????POSIX Threads （通常被縮寫為 Pthreads）是 POSIX (可移植操作系統(tǒng)接口怖糊，Portable Operating System Interface)的線程標準，定義了創(chuàng)建和操作線程的一套 API。

Pthreads

????實現(xiàn) POSIX 線程標準的庫常被稱作 Pthreads， Pthreads 定義了一套 C 語言的類型、函數(shù)與常量，它以 pthread.h 頭文件和一個線程庫實現(xiàn)。

Pthreads API 中大致共有 100個 函數(shù)調(diào)用蚁鳖，全都以 pthread_頭，并可以分為以下四類：

• 線程管理赁炎，例如創(chuàng)建線程醉箕，等待(join)線程，查詢線程狀態(tài)等甘邀。
• 互斥鎖（Mutex）：創(chuàng)建琅攘、摧毀、鎖定松邪、解鎖坞琴、設置屬性等操作
• 條件變量（Condition Variable）：創(chuàng)建、摧毀逗抑、等待剧辐、通知、設置與查詢屬性等操作
• 使用了互斥鎖的線程間的同步管理

數(shù)據(jù)類型

pthread_t

????pthread_t 是線程句柄邮府。出于可移植目的荧关，不能把它作為整數(shù)處理，應使用函數(shù) pthread_equal() 對兩個線程 id 進行比較褂傀。獲取自身所在線程 id 使用函數(shù)為 pthread_self()忍啤。

pthread_attr_t

????pthread_attr_t 是線程屬性。主要包括 scope屬性仙辟、detach屬性同波、堆棧地址、堆棧大小叠国、優(yōu)先級未檩。主要屬性的意義如下：

• __detachstate，表示新線程是否與進程中其他線程脫離同步粟焊。

  • 設置為PTHREAD_CREATE_DETACHED冤狡， 則新線程不能用pthread_join() 來同步孙蒙，且在退出時自行釋放所占用的資源。
  • 默認為 PTHREAD_CREATE_JOINABLE悲雳】媛停可以在線程創(chuàng)建并運行以后用pthread_detach() 來設置
  • 設置為 PTHREAD_CREATE_DETACHED 狀態(tài)，不論是創(chuàng)建時設置還是運行時設置怜奖，則不能再恢復到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 狀態(tài)浑测。

• __schedpolicy，表示新線程的調(diào)度策略歪玲，默認值為 SCHED_OTHER，后兩種調(diào)度策略僅對超級用戶有效掷匠，運行時可以用過 pthread_setschedparam() 來改變

  • SCHED_OTHER滥崩，正常、非實時
  • SCHED_RR讹语，實時钙皮、輪轉(zhuǎn)法
  • SCHED_FIFO，實時顽决、先入先出

• __schedparam短条，一個 struct sched_param 結(jié)構(gòu)，目前僅有一個 sched_priority 整型變量表示線程的運行優(yōu)先級才菠。這個參數(shù)僅當調(diào)度策略為實時（即 SCHED_RR 或 SCHED_FIFO ）時才有效茸时，并可以在運行時通過 pthread_setschedparam() 函數(shù)來改變，默認為0赋访。系統(tǒng)支持的最大和最小的優(yōu)先級值可以用函數(shù) sched_get_priority_max 和 sched_get_priority_min 得到可都。

• __inheritsched ，默認為 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED蚓耽。

  • PTHREAD_EXPLICIT_SCHED 表示新線程使用顯式指定調(diào)度策略和調(diào)度參數(shù)（即attr中的值）渠牲，
  • PTHREAD_INHERIT_SCHED而后者表示繼承調(diào)用者線程的值。

• __scope步悠，表示線程間競爭CPU的范圍签杈，也就是說線程優(yōu)先級的有效范圍。

  • PTHREAD_SCOPE_SYSTEM鼎兽，表示與系統(tǒng)中所有線程一起競爭CPU時間答姥，
  • PTHREAD_SCOPE_PROCESS 后者表示僅與同進程中的線程競爭CPU。

pthread_barrier_t

????同步屏障數(shù)據(jù)類型

pthread_mutex_t

????pthread_mutex_t 是線程互斥鎖數(shù)據(jù)類型接奈，有兩種方法創(chuàng)建互斥鎖：

• 靜態(tài)方式
  POSIX 定義了一個宏 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 來靜態(tài)初始化互斥鎖踢涌，

• 動態(tài)方式
  采用 pthread_mutex_init() 函數(shù)來初始化互斥鎖，其中 mutexattr 用于指定互斥鎖屬性序宦，如果為 NULL 則使用默認屬性：

  int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t*mutexattr) 
  

pthread_mutexattr_t

????互斥鎖的屬性 pthread_mutexattr_t 在創(chuàng)建鎖的時候指定睁壁，不同的鎖類型在試圖對一個已經(jīng)被鎖定的互斥鎖加鎖時表現(xiàn)不同。在 iOS 中有以下幾個類型可選：

• PTHREAD_MUTEX_NORMAL
  這是默認值，也就是普通鎖潘明。當一個線程加鎖以后行剂，其余請求鎖的線程將形成一個等待隊列，并在解鎖后按優(yōu)先級獲得鎖钳降。這種鎖策略保證了資源分配的公平性厚宰。
• PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK
  檢錯鎖，如果同一個線程請求同一個鎖遂填，則返回EDEADLK铲觉。
• PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
  　嵌套鎖，允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次吓坚，并通過多次 unlock 解鎖撵幽。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時重新競爭礁击。

pthread_cond_t

???? pthread_cond_t 是條件變量數(shù)據(jù)類型盐杂，條件變量和互斥鎖一樣，都有靜態(tài)和動態(tài)兩種創(chuàng)建方式哆窿，

• 靜態(tài)方式
  使用 PTHREAD_COND_INITIALIZER 常量進行初始化

• 動態(tài)方式
  調(diào)用 pthread_cond_init() 函數(shù)

操作線程函數(shù)

創(chuàng)建一個線程

int pthread_create(pthread_t _Nullable * _Nonnull __restrict,
  const pthread_attr_t * _Nullable __restrict,
  void * _Nullable (* _Nonnull)(void * _Nullable),
  void * _Nullable __restrict);

終止當前線程

pthread_exit(void)

中斷一個線程

int pthread_cancel(pthread_t)

阻塞當前的線程

阻塞當前的線程链烈，直到另外一個線程運行結(jié)束

int pthread_join(pthread_t , void * _Nullable * _Nullable)
  __DARWIN_ALIAS_C(pthread_join);

向指定ID的線程發(fā)送一個信號

????向指定ID的線程發(fā)送一個信號，如果線程不處理該信號挚躯，則按照信號默認的行為作用于整個進程强衡。信號值0為保留信號，作用是根據(jù)函數(shù)的返回值判斷線程是不是還活著秧均。

int pthread_kill(pthread_t threadId,int signal);

線程屬性函數(shù)

初始化線程屬性變量

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *);

設置/獲取線程屬性變量的 detachstate 屬性

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *, int);
int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *, int *);

設置/獲取 scope

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *, int);
int pthread_attr_getscope(const pthread_attr_t * __restrict, int * __restrict);

設置/獲取 schedparam

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t * __restrict,
  const struct sched_param * __restrict);
int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t * __restrict,
  struct sched_param * __restrict);

銷毀線程屬性

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *);

互斥鎖函數(shù)

初始化互斥鎖

  int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t*mutexattr) 

銷毀互斥鎖

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *);

加鎖

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *);

解鎖

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *);

條件變量函數(shù)

初始化條件變量

int pthread_cond_init(
  pthread_cond_t * __restrict,
  const pthread_condattr_t * _Nullable __restrict)
  __DARWIN_ALIAS(pthread_cond_init);

銷毀條件變量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *);

等待條件變量的特殊條件發(fā)生

????pthread_cond_wait() 必須與一個 pthread_mutex 配套使用食侮。該函數(shù)調(diào)用實際上依次做了3件事：

1. 對當前 pthread_mutex 解鎖
2. 把當前線程掛起到當前條件變量的線程隊列
3. 被其它線程的信號喚醒后對當前 pthread_mutex 申請加鎖。

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * __restrict,
  pthread_mutex_t * __restrict) __DARWIN_ALIAS_C(pthread_cond_wait);

發(fā)送一個信號

????pthread_cond_signal 發(fā)送一個信號給正在當前條件變量的線程隊列中處于阻塞等待狀態(tài)的線程目胡，使其脫離阻塞狀態(tài)锯七，喚醒后繼續(xù)執(zhí)行。如果沒有線程處在阻塞等待狀態(tài)誉己，pthread_cond_signal 也會成功返回眉尸。一般只給一個阻塞狀態(tài)的線程發(fā)信號。假如有多個線程正在阻塞等待當前條件變量巨双，則根據(jù)各等待線程優(yōu)先級的高低確定哪個線程接收到信號開始繼續(xù)執(zhí)行噪猾。如果各線程優(yōu)先級相同，則根據(jù)等待時間的長短來確定哪個線程獲得信號筑累。但 pthread_cond_signal 在多處理器上可能同時喚醒多個線程袱蜡，當只能讓一個被喚醒的線程處理某個任務時，其它被喚醒的線程就需要繼續(xù) wait慢宗。

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *);

工具函數(shù)

查詢線程自身線程標識號

pthread_t pthread_self(void);

比較兩個線程標識

int pthread_equal(pthread_t _Nullable, pthread_t _Nullable);

執(zhí)行一次

某些需要僅執(zhí)行一次的函數(shù)坪蚁。其中第一個參數(shù)為 pthread_once_t 類型奔穿，是內(nèi)部實現(xiàn)的互斥鎖，保證在程序全局僅執(zhí)行一次敏晤。

int pthread_once(pthread_once_t *, void (* _Nonnull)(void));

線程私有存儲（Thread-local storage贱田，簡寫 tls）

Thread-local storage 是操作系統(tǒng)為線程單獨提供的私有空間，只有有限的容量嘴脾。通常通過 pthread 庫中的函數(shù)實現(xiàn)：

創(chuàng)建 key

分配用于標識進程中線程特定數(shù)據(jù)的 pthread_key_t 類型的鍵

int pthread_key_create(pthread_key_t *, void (* _Nullable)(void *));

銷毀現(xiàn)有線程特定數(shù)據(jù) Key

int pthread_key_delete(pthread_key_t);

為指定線程的特定數(shù)據(jù)鍵設置綁定的值

extern int pthread_setspecific(unsigned long, const void*);

獲取綁定的值

extern void *pthread_getspecific(unsigned long);

objc tls 實現(xiàn)

 typedef pthread_key_t tls_key_t;

static inline tls_key_t tls_create(void (*dtor)(void*)) { 
    tls_key_t k;
    pthread_key_create(&k, dtor); 
    return k;
}
static inline void *tls_get(tls_key_t k) { 
    return pthread_getspecific(k);
}
static inline void tls_set(tls_key_t k, void *value) { 
    pthread_setspecific(k, value); 
}