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线程的数据处理

　　和进程相比，线程的最大优点之一是数据的共享性，各个进程共享父进程处沿袭的数据段，
可以方便的获得、修改数据。但这也给多线程编程带来了许多问题。我们必须当心有多个不同的进程访问
相同的变量。许多函数是不可重入的，即同时不能运行一个函数的多个拷贝（除非使用不同的数据段）。
在函数中声明的静态变量常常带来问题，函数的返回值也会有问题。因为如果返回的是函数内部静态声明
的空间的地址，则在一个线程调用该函数得到地址后使用该地址指向的数据时，别的线程可能调用此函数
并修改了这一段数据。在进程中共享的变量必须用关键字volatile来定义，这是为了防止编译器在优化时
（如gcc中使用-OX参数）改变它们的使用方式。为了保护变量，我们必须使用信号量、互斥等方法来保证
我们对变量的正确使用。下面，我们就逐步介绍处理线程数据时的有关知识。


　　1、线程数据

　　在单线程的程序里，有两种基本的数据：全局变量和局部变量。但在多线程程序里，
还有第三种数据类型：线程数据（TSD: Thread-Specific Data）。它和全局变量很象，在线程内部，
各个函数可以象使用全局变量一样调用它，但它对线程外部的其它线程是不可见的。这种数据的必要性
是显而易见的。例如我们常见的变量errno，它返回标准的出错信息。它显然不能是一个局部变量，
几乎每个函数都应该可以调用它；但它又不能是一个全局变量，否则在A线程里输出的很可能是B线程的
出错信息。要实现诸如此类的变量，我们就必须使用线程数据。我们为每个线程数据创建一个键，它和
这个键相关联，在各个线程里，都使用这个键来指代线程数据，但在不同的线程里，这个键代表的数据是
不同的，在同一个线程里，它代表同样的数据内容。

　　和线程数据相关的函数主要有4个：创建一个键；为一个键指定线程数据；从一个键读取线程数据；
删除键。

　　创建键的函数原型为：

extern int pthread_key_create __P ((pthread_key_t *__key,void (*__destr_function) (void *))); 
　　
　　第一个参数为指向一个键值的指针，第二个参数指明了一个destructor函数，如果这个参数不为空，
那么当每个线程结束时，系统将调用这个函数来释放绑定在这个键上的内存块。这个函数常和函数
pthread_once ((pthread_once_t*once_control, void (*initroutine) (void)))一起使用，为了让这
个键只被创建一次。函数pthread_once声明一个初始化函数，第一次调用pthread_once时它执行这个函数
，以后的调用将被它忽略。

　　在下面的例子中，我们创建一个键，并将它和某个数据相关联。我们要定义一个函数createWindow，
这个函数定义一个图形窗口（数据类型为Fl_Window *，这是图形界面开发工具FLTK中的数据类型）。
由于各个线程都会调用这个函数，所以我们使用线程数据。

/* 声明一个键*/
pthread_key_t myWinKey;
/* 函数 createWindow */
void createWindow ( void ) {
　Fl_Window * win;
　static pthread_once_t once= PTHREAD_ONCE_INIT;
　/* 调用函数createMyKey，创建键*/
　pthread_once ( & once, createMyKey) ;
　/*win指向一个新建立的窗口*/
　win=new Fl_Window( 0, 0, 100, 100, "MyWindow");
　/* 对此窗口作一些可能的设置工作，如大小、位置、名称等*/
　setWindow(win);
　/* 将窗口指针值绑定在键myWinKey上*/
　pthread_setpecific ( myWinKey, win);
}

/* 函数 createMyKey，创建一个键，并指定了destructor */
void createMyKey ( void ) {
　pthread_keycreate(&myWinKey, freeWinKey);
}

/* 函数 freeWinKey，释放空间*/
void freeWinKey ( Fl_Window * win){
　delete win;
} 

　　这样，在不同的线程中调用函数createMyWin，都可以得到在线程内部均可见的窗口变量，
这个变量通过函数pthread_getspecific得到。在上面的例子中，我们已经使用了函数
pthread_setspecific来将线程数据和一个键绑定在一起。这两个函数的原型如下：

　　extern int pthread_setspecific __P ((pthread_key_t __key,__const void *__pointer));
　　extern void *pthread_getspecific __P ((pthread_key_t __key)); 

　　这两个函数的参数意义和使用方法是显而易见的。要注意的是，用pthread_setspecific为一
个键指定新的线程数据时，必须自己释放原有的线程数据以回收空间。这个过程函数
pthread_key_delete用来删除一个键，这个键占用的内存将被释放，但同样要注意的是，
它只释放键占用的内存，并不释放该键关联的线程数据所占用的内存资源，而
且它也不会触发函数pthread_key_create中定义的destructor函数。线程数据的释放必须在释放键之前
完成。

　　2、互斥锁

　　互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。必要性显而易见：假设各个线程向同一个
文件顺序写入数据，最后得到的结果一定是灾难性的。

　　我们先看下面一段代码。这是一个读/写程序，它们公用一个缓冲区，并且我们假定一个缓冲区只能
保存一条信息。即缓冲区只有两个状态：有信息或没有信息。

void reader_function ( void );
void writer_function ( void ); 

char buffer;
int buffer_has_item=0;
pthread_mutex_t mutex;
struct timespec delay;
void main ( void ){
　pthread_t reader;
　/* 定义延迟时间*/
　delay.tv_sec = 2;
　delay.tv_nec = 0;
　/* 用默认属性初始化一个互斥锁对象*/
　pthread_mutex_init (&mutex,NULL);
　pthread_create(&reader, pthread_attr_default, (void *)&reader_function), NULL);
　writer_function( );
}

void writer_function (void){
　while(1){
　　/* 锁定互斥锁*/
　　pthread_mutex_lock (&mutex);
　　if (buffer_has_item==0){
　　　buffer=make_new_item( );
　　　buffer_has_item=1;
　　}
　　/* 打开互斥锁*/
　　pthread_mutex_unlock(&mutex);
　　pthread_delay_np(&delay);
　}
}

void reader_function(void){
　while(1){
　　pthread_mutex_lock(&mutex);
　　if(buffer_has_item==1){
　　　consume_item(buffer);
　　　buffer_has_item=0;
　　}
　　pthread_mutex_unlock(&mutex);
　　pthread_delay_np(&delay);
　}
} 

　　这里声明了互斥锁变量mutex，结构pthread_mutex_t为不公开的数据类型，其中包含一个系统分配的
属性对象。函数pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。NULL参数表明使用默认属性。如果需要声明特
定属性的互斥锁，须调用函数pthread_mutexattr_init。函数pthread_mutexattr_setpshared和函数
pthread_mutexattr_settype用来设置互斥锁属性。前一个函数设置属性pshared，它有两个取值，
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED。前者用来不同进程中的线程同步，
后者用于同步本进程的不同线程。在上面的例子中，我们使用的是默认属性PTHREAD_PROCESS_ PRIVATE。
后者用来设置互斥锁类型，可选的类型有PTHREAD_MUTEX_NORMAL、PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK、
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD _MUTEX_DEFAULT。它们分别定义了不同的上所、解锁机制，一般情
况下，选用最后一个默认属性。

　　pthread_mutex_lock声明开始用互斥锁上锁，此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止，
均被上锁，即同一时间只能被一个线程调用执行。当一个线程执行到pthread_mutex_lock处时，
如果该锁此时被另一个线程使用，那此线程被阻塞，即程序将等待到另一个线程释放此互斥锁。
在上面的例子中，我们使用了pthread_delay_np函数，让线程睡眠一段时间，就是为了防止一个线程始终
占据此函数。

　　上面的例子非常简单，就不再介绍了，需要提出的是在使用互斥锁的过程中很有可能会出现死锁：
两个线程试图同时占用两个资源，并按不同的次序锁定相应的互斥锁，例如两个线程都需要锁定互斥锁
1和互斥锁2，a线程先锁定互斥锁1，b线程先锁定互斥锁2，这时就出现了死锁。此时我们可以使用函数
pthread_mutex_trylock，它是函数pthread_mutex_lock的非阻塞版本，当它发现死锁不可避免时，