作者：CppExplore 網址：http://www.shnenglu.com/CppExplore/
為了后面寫的《網絡模型（二）》，多寫一篇關于線程的。線程使用涉及的主要數據結構以及應用框架可以參考http://www.shnenglu.com/CppExplore/archive/2008/01/15/41175.html。本文的主要目的是給出linux下實用的線程消息隊列實現。
一、linux上線程相關的操作有下面幾種：
（1）pthread_t類型的創建、屬性創建設置等。
這類具體可以:man pthread_creat; man pthread_attr_init;man pthread_detach;man pthread_join;等查看
（2）pthread_mutex_t類型的操作。
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類型的操作。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。類似于此：
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類型的操作。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內核的線程庫。2.6內核的默認安裝的是redhat公司的NPTL（原生posix線程庫），以前內核安裝的是LinuxThreads庫，兩者的簡單介紹可以看http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-threading.html。不過對于應用者，分析兩者的區別和優劣也沒什么大意義。這里特別提下NPTL的futex機制。借助該機制，pthread_mutex的性能大大提高，只要不進入競爭態，進程就不會陷入內核態。這點可以自己寫示例程序，通過strace -c 跟蹤進程的系統調用得以證實，另外還可以證實總是進入內核態的操作有pthread_cond_signal和sem_post。
三、實用的線程消息隊列實現。下面設計一個具有線程消息隊列的線程封裝類。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的調用，只在有必要的時候調用；
（2）盡量避免pthread_mutex進入競爭態。增大消息隊列的大小，可以有效減少競態條件的出現。
下面給出一個實用的線程消息隊列的實現類，這個類也將是以后《網絡模型》文章中用到的線程消息隊列類，代碼注釋請看對私有屬性的注釋：
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=new (void *)[sizeQueue];
}
virtual ~CThreadQueue()
{
delete[] buffer;
}
void * getq()
{
void *data;
pthread_mutex_lock(&mux);
while(lget==lput&&nData==0)//此處循環判斷的原因如下：假設2個線程在getq阻塞，然后兩者都被激活，而其中一個線程運行比較塊，快速消耗了2個數據，另一個線程醒來的時候已經沒有新數據可以消耗了。另一點，man pthread_cond_wait可以看到，該函數可以被信號中斷返回，此時返回EINTR。為避免以上任何一點，都必須醒來后再次判斷睡眠條件。更正：pthread_cond_wait是信號安全的系統調用，不會被信號中斷。
{
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; //循環消息隊列
int sizeQueue; //隊列大小
int lput; //location put 放數據的指針偏移
int lget; //location get 取數據的指針偏移
int nFullThread; //隊列滿，阻塞在putq處的線程數
int nEmptyThread; //隊列空，阻塞在getq處的線程數
int nData; //隊列中的消息個數，主要用來判斷隊列空還是滿
};
下面給出這個線程消息隊列的一個使用舉例：
#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初始化參數，可以減少進入內核態的操作。
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);
}