线程是什么
其实，对于任何一个进程来讲，即便我们没有主动去创建线程，进程也是默认有一个主线程的。线程是负责执行二进制指令的，它会根据项目执行计划书，一行一行执行下去。进程要比线程管的宽多了，除了执行指令之外，内存、文件系统等等都要它来管。
所以，进程相当于一个项目，而线程就是为了完成项目需求，而建立的一个个开发任务。默认情况下，你可以建一个大的任务，就是完成某某功能，然后交给一个人让它从头做到尾，这就是主线程。但是有时候，你发现任务是可以拆解的，如果相关性没有非常大前后关联关系，就可以并行执行。
那我们能不能成立多个项目组实现并行开发呢？当然可以了，只不过这样做有两个比较麻烦的地方。
第一个麻烦是，立项。涉及的部门比较多，总是劳师动众。你本来想的是，只要能并行执行任务就可以，不需要把会议室都搞成独立的。另一个麻烦是，项目组是独立的，会议室是独立的，很多事情就不受你控制了，例如一旦有了两个项目组，就会有沟通问题。
所以，使用进程实现并行执行的问题也有两个。第一，创建进程占用资源太多；第二，进程之间的通信需要数据在不同的内存空间传来传去，无法共享。
除了希望任务能够并行执行，有的时候，你作为项目管理人员，肯定要管控风险，因此还会预留一部分人作为应急小分队，来处理紧急的事情。
例如，主线程正在一行一行执行二进制命令，突然收到一个通知，要做一点小事情，应该停下主线程来做么？太耽误事情了，应该创建一个单独的线程，单独处理这些事件。
另外，咱们希望自己的公司越来越有竞争力。要想实现远大的目标，我们不能把所有人力都用在接项目上，应该预留一些人力来做技术积累，比如开发一些各个项目都能用到的共享库、框架等等。
在 Linux 中，有时候我们希望将前台的任务和后台的任务分开。因为有些任务是需要马上返回结果的，例如你输入了一个字符，不可能五分钟再显示出来；而有些任务是可以默默执行的，例如将本机的数据同步到服务器上去，这个就没刚才那么着急。因此这样两个任务就应该在不同的线程处理，以保证互不耽误。
创建线程
假如说，现在我们有 N 个非常大的视频需要下载，一个个下载需要的时间太长了。按照刚才的思路，我们可以拆分成 N 个任务，分给 N 个线程各自去下载。
我们知道，进程的执行是需要项目执行计划书的，那线程是一个项目小组，这个小组也应该有自己的项目执行计划书，也就是一个函数。我们将要执行的子任务放在这个函数里面，比如上面的下载任务。
这个函数参数是 void 类型的指针，用于接收任何类型的参数。我们就可以将要下载的文件的文件名通过这个指针传给它。
当然，这里我们不是真的下载这个文件，而仅仅打印日志，并生成一个一百以内的随机数，作为下载时间返回。这样，每个子任务干活的同时在喊：“我正在下载，终于下载完了，用了多少时间。”
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define NUM_OF_TASKS 5
void *downloadfile(void *filename)
{
printf("I am downloading the file %s!\n", (char *)filename);
sleep(10);
long downloadtime = rand()%100;
printf("I finish downloading the file within %d minutes!\n", downloadtime);
pthread_exit((void *)downloadtime);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
char files[NUM_OF_TASKS][20]={"file1.avi","file2.rmvb","file3.mp4","file4.wmv","file5.flv"};
pthread_t threads[NUM_OF_TASKS];
int rc;
int t;
int downloadtime;
pthread_attr_t thread_attr;
pthread_attr_init(&thread_attr);
pthread_attr_setdetachstate(&thread_attr,PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
for(t=0;t<NUM_OF_TASKS;t++){
printf("creating thread %d, please help me to download %s\n", t, files[t]);
rc = pthread_create(&threads[t], &thread_attr, downloadfile, (void *)files[t]);
if (rc){
printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc);
exit(-1);
}
}
pthread_attr_destroy(&thread_attr);
for(t=0;t<NUM_OF_TASKS;t++){
pthread_join(threads[t],(void**)&downloadtime);
printf("Thread %d downloads the file %s in %d minutes.\n",t,files[t],downloadtime);
}
pthread_exit(NULL);
}
一个运行中的线程可以调用 pthread_exit 退出线程。这个函数可以传入一个参数转换为 (void *) 类型。这是线程退出的返回值。
接下来，我们来看主线程。在这里面，我列了五个文件名。接下来声明了一个数组，里面有五个 pthread_t 类型的线程对象。
接下来，声明一个线程属性 pthread_attr_t。我们通过 pthread_attr_init 初始化这个属性，并且设置属性 PTHREAD_CREATE_JOINABLE。这表示将来主线程程等待这个线程的结束，并获取退出时的状态。
接下来是一个循环。对于每一个文件和每一个线程，可以调用 pthread_create 创建线程。一共有四个参数，第一个参数是线程对象，第二个参数是线程的属性，第三个参数是线程运行函数，第四个参数是线程运行函数的参数。主线程就是通过第四个参数，将自己的任务派给子线程。
任务分配完毕，每个线程下载一个文件，接下来主线程要做的事情就是等待这些子任务完成。当一个线程退出的时候，就会发送信号给其他所有同进程的线程。有一个线程使用 pthread_join 获取这个线程退出的返回值。线程的返回值通过 pthread_join 传给主线程，这样子线程就将自己下载文件所耗费的时间，告诉给主线程。
线程数据
我们把线程访问的数据细分成三类。
第一类是线程栈上的本地数据，比如函数执行过程中的局部变量。前面我们说过，函数的调用会使用栈的模型，这在线程里面是一样的。只不过每个线程都有自己的栈空间。
栈的大小可以通过命令 ulimit -a 查看，默认情况下线程栈大小为 8192（8MB）。我们可以使用命令 ulimit -s 修改。
对于线程栈，可以通过下面这个函数 pthread_attr_t，修改线程栈的大小int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
主线程在内存中有一个栈空间，其他线程栈也拥有独立的栈空间。为了避免线程之间的栈空间踩踏，线程栈之间还会有小块区域，用来隔离保护各自的栈空间。一旦另一个线程踏入到这个隔离区，就会引发段错误。
第二类数据就是在整个进程里共享的全局数据。例如全局变量，虽然在不同进程中是隔离的，但是在一个进程中是共享的。如果同一个全局变量，两个线程一起修改，那肯定会有问题，有可能把数据改的面目全非。这就需要有一种机制来保护他们，比如你先用我再用。这一节的最后，我们专门来谈这个问题。
那线程能不能像进程一样，也有自己的私有数据呢？如果想声明一个线程级别，而非进程级别的全局变量，有没有什么办法呢？虽然咱们都是一个大组，分成小组，也应该有点隐私。
这就是第三类数据，线程私有数据（Thread Specific Data），可以通过以下函数创建int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*))
数据保护
我们先来看一种方式，Mutex，全称 Mutual Exclusion，中文叫互斥。顾名思义，有你没我，有我没你。它的模式就是在共享数据访问的时候，去申请加把锁，谁先拿到锁，谁就拿到了访问权限，其他人就只好在门外等着，等这个人访问结束，把锁打开，其他人再去争夺，还是遵循谁先拿到谁访问。
使用 Mutex，首先要使用 pthread_mutex_init 函数初始化这个 mutex，初始化后，就可以用它来保护共享变量了。
pthread_mutex_lock() 就是去抢那把锁的函数，如果抢到了，就可以执行下一行程序，对共享变量进行访；如果没抢到，就被阻塞在那里等待。
如果不想被阻塞，可以使用 pthread_mutex_trylock 去抢那把锁，如果抢到了，就可以执行下一行程序，对共享变量进行访问；如果没抢到，不会被阻塞，而是返回一个错误码。
当共享数据访问结束了，别忘了使用 pthread_mutex_unlock 释放锁，让给其他人使用，最终调用 pthread_mutex_destroy 销毁掉这把锁。
在使用 Mutex 的时候，有个问题是如果使用 pthread_mutex_lock()，那就需要一直在那里等着。如果是 pthread_mutex_trylock()，就可以不用等着，去干点儿别的，但是我怎么知道什么时候回来再试一下，是不是轮到我了呢？能不能在轮到我的时候，通知我一下呢？
这其实就是条件变量，也就是说如果没事儿，就让大家歇着，有事儿了就去通知，别让人家没事儿就来问问，浪费大家的时间。
但是当它接到了通知，来操作共享资源的时候，还是需要抢互斥锁，因为可能很多人都受到了通知，都来访问了，所以条件变量和互斥锁是配合使用的。
