Android NDK开发之旅33--NDK-Linux入门之POSIX线程原语

POSIX

POSIX是一种标准,例如有多线程编程标准、网络编程标准等。

POSIX多线程

Linux下,一般多线程的实现由POSIX多线程编程实现。Android系统属于Linux系统,因此NDK原生支持POSIX多线程编程。

Windows平台一般用Windows自带的API。

Visual Studio平台搭建POSIX多线程环境

因为POSIX多线程是Linux的,因此如果需要在Visual Studio下开发,需要搭建可开发环境。

  1. 首先需要下载POSIX,地址为:ftp://sourceware.org/pub/pthreads-win32/pthreads-w32-2-9-1-release.zip
  2. 创建VS空项目
  3. 添加包含目录:pthreads-w32-2-9-1-release\Pre-built.2\include以及pthreads-w32-2-9-1-release\pthreads.2
  4. 添加库目录:pthreads-w32-2-9-1-release\Pre-built.2\lib\x86
  5. 添加附加依赖项:pthreadVC2.lib
  6. 把pthreads-w32-2-9-1-release\Pre-built.2\dll\x86下面的动态库文件复制到工程的正确位置。

POSIX的编译:

  1. VS平台中直接编译运行即可。
  2. 在Linux平台中采用gcc编译(先编译生成目标文件然后链接生成可执行程序):gcc test.c -o test -lpthread,执行:./test。

POSIX帮助文档的查看:

  1. 在Linux系统中,安装POSIX帮助文档:sudo apt-get install manpages-posix-dev
  2. 列出所有函数man -k pthread;查看某个函数:man pthread_create

创建线程与线程的结束

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

//必须引入的头文件
#include "pthread.h"

//一个相当于Java的run方法
void *start_fun(void* arg){

    //得到线程创建的参数
    char* no = (char*)arg;
    int i = 0;
    for (; i < 10; i++){
        printf("%s thread : %d \n", no, i);
        if (i == 5){
            //线程自杀,需要返回参数
            pthread_exit((void*)2);
            //线程他杀
            //pthread_cancel()
        }
    }

    //run方法执行完,线程结束,返回
    return (void*)1;
}

void main(){

    printf("main thread\n");

    pthread_t thread;
    //创建线程,指定run方法,并且可以传入参数,在run方法的arg中可以取出
    pthread_create(&thread, NULL, start_fun, "no1");

    void* r_val;
    //等待线程结束,获取线程返回参数
    pthread_join(thread, &r_val);
    printf("return value : %d", (int)r_val);

    system("pause");
}

在代码中:

  1. 通过pthread_create创建线程,需要传入一个函数指针,相当于Java线程中的run方法。然后还需要传参,参数可以在run方法中取出。
  2. 线程被创建以后,就会执行“run”方法,该方法中可以拿到线程创建的参数,可以自杀掉线程。线程的结束需要参数。
  3. 可以通过pthread_join方法等待线程结束,并且可获取线程结束的参数。

我们创建两个线程:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "pthread.h"
#include <Windows.h>

int i = 0;

//一个相当于Java的run方法
void *start_fun(void* arg){

    //得到线程创建的参数
    char* no = (char*)arg;
    for (; i < 10; i++){
        Sleep(10);
        printf("%s thread : %d \n", no, i);
    }
    i = 0;

    //run方法执行完,线程结束,返回
    return (void*)1;
}

void main(){

    printf("main thread\n");

    pthread_t thread1;
    pthread_t thread2;
    //创建线程,指定run方法,并且可以传入参数,在run方法的arg中可以取出
    pthread_create(&thread1, NULL, start_fun, "no1");
    pthread_create(&thread2, NULL, start_fun, "no2");

    void* r_val1;
    void* r_val2;
    //等待线程结束,获取线程返回参数
    pthread_join(thread1, &r_val1);
    pthread_join(thread2, &r_val2);
    printf("return value : %d\n", (int)r_val1);
    printf("return value : %d\n", (int)r_val2);

    system("pause");
}

打印的结果如下:

main thread
no2 thread : 0
no1 thread : 0
no2 thread : 2
no1 thread : 2
no1 thread : 4
no2 thread : 4
no1 thread : 5
return value : 2
return value : 2
请按任意键继续. . .

可见,两个线程是并行执行的。i变量同时被两个线程访问。但是我们现在要求线程1先执行完,然后才到线程2执行,那么两个线程i的所有情况都会被打印出来。

这时候我们需要使用互斥锁:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "pthread.h"
#include <Windows.h>

int i = 0;

//互斥锁
pthread_mutex_t m;

//一个相当于Java的run方法
void *start_fun(void* arg){

    //加锁
    pthread_mutex_lock(&m);

    //得到线程创建的参数
    char* no = (char*)arg;
    for (; i < 10; i++){
        Sleep(10);
        printf("%s thread : %d \n", no, i);
    }
    i = 0;

    //解锁
    pthread_mutex_unlock(&m);

    //run方法执行完,线程结束,返回
    return (void*)1;
}

void main(){

    printf("main thread\n");

    //初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&m, NULL);

    pthread_t thread1;
    pthread_t thread2;
    //创建线程,指定run方法,并且可以传入参数,在run方法的arg中可以取出
    pthread_create(&thread1, NULL, start_fun, "no1");
    pthread_create(&thread2, NULL, start_fun, "no2");

    void* r_val1;
    void* r_val2;
    //等待线程结束,获取线程返回参数
    pthread_join(thread1, &r_val1);
    pthread_join(thread2, &r_val2);
    printf("return value : %d\n", (int)r_val1);
    printf("return value : %d\n", (int)r_val2);

    //销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&m);

    system("pause");
}

输出的结果如下:

main thread
no1 thread : 0
no1 thread : 1
no1 thread : 2
no1 thread : 3
no1 thread : 4
no1 thread : 5
no1 thread : 6
no1 thread : 7
no1 thread : 8
no1 thread : 9
no2 thread : 0
no2 thread : 1
no2 thread : 2
no2 thread : 3
no2 thread : 4
no2 thread : 5
no2 thread : 6
no2 thread : 7
no2 thread : 8
no2 thread : 9
return value : 1
return value : 1
请按任意键继续. . .

在代码中:

  1. 我们通过pthread_mutex_init初始化了一把互斥锁,最后通过pthread_mutex_destroy进行销毁。
  2. 在线程执行的时候,我们可以通过pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock进行加锁和解锁。
  3. 使用互斥锁可以解决线程死锁(ABBA)的问题。

互斥锁是先让一个线程做完,然后另外一个线程做。还有一种情况就是,一个线程先执行,生产,然后另外一个线程就会去消费。

其实视频解码的绘制使用的就是生产者--消费者的模式。图片的下载显示也是基于这种模式。比如说我们生产者生成的产品,放到一个队列里面,当生产者生产出产品的时候就会发送信号通知消费者去消费,例如RTMP推流的时候,我们本地采集音视频的时候就需要一种队列,因为本地的压缩比网络上传要快。

使用这一种模式,就需要条件变量。例子:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "pthread.h"
#include <Windows.h>

//模拟产品队列
int productNum = 0;

//互斥锁
pthread_mutex_t m;
//条件变量
pthread_cond_t c;

void *produce(void* arg){

    char* no = (char*)arg;

    for (;;){
        //加锁
        pthread_mutex_lock(&m);

        //生产者生产产品
        productNum++;
        printf("%s生产产品:%d\n", no, productNum);
        //通知消费者进行消费
        pthread_cond_signal(&c);

        //解锁
        pthread_mutex_unlock(&m);

        Sleep(100);
    }
    return (void*)1;
}

void *comsume(void* arg){

    char* no = (char*)arg;

    for (;;){
        pthread_mutex_lock(&m);
        //使用while是为了防止惊群效应唤醒条件变量
        while (productNum == 0){
            //1.没有产品可以消费,等待生产者生产,即等待条件变量被唤醒
            //2.释放互斥锁,使得其他消费者可以进来等待
            //3.被唤醒的时候,解除阻塞,重新申请获得互斥锁,保证只有一个消费者消费
            pthread_cond_wait(&c, &m);
        }
        productNum--;
        printf("%s消费者消费产品:%d\n", no, productNum);
        pthread_mutex_unlock(&m);
        Sleep(1000);
    }
    return (void*)1;
}

void main(){

    printf("main thread\n");

    //初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&m, NULL);
    //初始化条件变量
    pthread_cond_init(&c, NULL);

    pthread_t thread_producer;
    pthread_t thread_comsumer;
    //创建线程,指定run方法,并且可以传入参数,在run方法的arg中可以取出
    pthread_create(&thread_producer, NULL, produce, "producer");
    pthread_create(&thread_comsumer, NULL, comsume, "comsumer");

    //等待线程结束,获取线程返回参数
    pthread_join(thread_producer, NULL);
    pthread_join(thread_comsumer, NULL);

    //销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&m);
    //销毁条件变量
    pthread_cond_destroy(&c);
    system("pause");
}

输出的结果如下:

main thread
producer生产产品:1
comsumer消费者消费产品:0
producer生产产品:1
producer生产产品:2
producer生产产品:3
producer生产产品:4
producer生产产品:5
producer生产产品:6
producer生产产品:7
producer生产产品:8
producer生产产品:9
comsumer消费者消费产品:8
producer生产产品:9
producer生产产品:10
producer生产产品:11
producer生产产品:12
producer生产产品:13
producer生产产品:14
producer生产产品:15
producer生产产品:16
producer生产产品:17
comsumer消费者消费产品:16

这里我通过Sleep的方式控制了生产者与消费者的效率,一般来说生产的速度要比消费的速度快。

上面是只有一个生产者和一个消费者的示例代码。一般开说,生产者和消费者都会有多个。这里我们通过线程数组的方式来实现。

示例代码如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "pthread.h"
#include <Windows.h>

#define NUM_PRODUCER 2
#define NUM_COMSUMER 2
pthread_t threads[NUM_PRODUCER + NUM_COMSUMER];

int productNum = 0;

//互斥锁
pthread_mutex_t m;
//条件变量
pthread_cond_t c;

void *produce(void* arg){

    int no = (int)arg;

    for (;;){
        //加锁
        pthread_mutex_lock(&m);

        //生产者生产产品
        productNum++;
        printf("%d生产产品:%d\n", no, productNum);
        //通知消费者进行消费
        pthread_cond_signal(&c);

        //解锁
        pthread_mutex_unlock(&m);

        Sleep(100);
    }
    return (void*)1;
}

void *comsume(void* arg){

    int no = (int)arg;

    for (;;){
        pthread_mutex_lock(&m);
        while (productNum == 0){
            //没有产品可以消费,等待生产者生产
            pthread_cond_wait(&c, &m);
        }
        productNum--;
        printf("%d消费者消费产品:%d\n", no, productNum);
        pthread_mutex_unlock(&m);
        Sleep(1000);
    }
    return (void*)1;
}

void main(){

    printf("main thread\n");

    //初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&m, NULL);
    //初始化条件变量
    pthread_cond_init(&c, NULL);

    int i = 0;
    //创建生产者线程
    for (i = 0; i < NUM_PRODUCER; i++){
        pthread_create(&threads[i], NULL, produce, (void*)i);
    }


    //创建消费者线程
    for (i = 0; i < NUM_COMSUMER; i++){
        pthread_create(&threads[NUM_PRODUCER + i], NULL, comsume, (void*)i);
    }

    //等待线程结束,获取线程返回参数
    for (i = 0; i < NUM_PRODUCER + NUM_COMSUMER; i++){
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    //销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&m);
    //销毁条件变量
    pthread_cond_destroy(&c);
    system("pause");
}

如果觉得我的文字对你有所帮助的话,欢迎关注我的公众号:

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