前言：有這樣一道面試題（來自http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7392749）：
“編寫一個程序，開啟3個線程，這3個線程的ID分別為A、B、C，每個線程將自己的ID在屏幕上打印10遍，要求輸出結果必須按ABC的順序顯示；如：ABCABC….依次遞推。”
我們就從這樣一題出發，認識多線程，了解其同步機制，最后正確解答這一類題目。本文框架如下：
- 進程與線程
- 多線程的優越性
- 線程基本函數
- 多線程同步
- 題目代碼
一.進程與線程
進程的定義：進程是為了描述程序在並發執行時對系統資源的共享，所需的一個描述程序執行時動態特征的概念。進程是具有獨立功能的程序關於某個數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配、調度和保護的獨立單位。
線程的定義：線程也成為輕量級進程，是進程中的一個運行實體，作為CPU的調度單位。一個進程由多個線程組成，線程與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源。
同一進程內的所有線程除了共享全局變量外還共享：
- 進程指令；
- 大多數數據；
- 打開的文件（即描述符）；
- 信號處理函數和信號處置；
- 當前工作目錄；
- 用戶ID和組ID。
每個線程擁有各自的：
- 線程ID；
- 寄存器集合，包括程序計數器和棧指針；
- 棧（用於存放局部變量和返回地址）；
- errno；
- 信號掩碼；
- 優先級。
結構上的不同可以讓我們更加了解進程和線程的相異之處：
（1）進程是資源分配的基本單位；線程與資源分配無關，它屬於某一個進程，並與進程內的其他線程共享進程的資源。
（2）當進程發生調度時，不同的進程擁有不同的虛擬地址空間，而同一進程內的不同線程共享同一地址空間。
（3）線程只由先關堆棧（系統棧或用戶棧）寄存器和線程控制塊組成。寄存器用來存儲線程內的局部變量，但不能存儲其他線程的相關變量。
（4）進程切換時涉及有關資源指針的保存和地址空間的變化；線程切換時，由於處於同一進程內，所以不涉及資源信息的保存和地址空間的變化，從而減少了操作系統的時間開銷。
二.多線程的優越性
在傳統的UNIX模型中，當一個進程需要另一個實體來完成某事，它就fork一個子進程並讓子進程去處理。但是fork的調用有如下缺點：
（1）fork的代價是昂貴的。fork要把父進程的內存印象復制到子進程，並在子進程中復制所有描述符等。
（2）fork返回之后父子進程之間信息的傳遞需要進程通信機制。調用fork之前父進程向尚未存在的子進程傳遞信息相當容易，因為子進程將從父進程數據空間及所有描述符的一個副本開始運行，但是從子進程向父進程返回信息卻比較費力。
針對這兩點，多線程技術相應而生，它具有如下優越性：
（1）它是一種非常"節儉"的多任務操作方式。而運行於一個進程中的多個線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分數據，啟動一個線程所花費的空間遠遠小於啟動一個進程所花費的空間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠遠小於進程間切換所需要的時間。
（2）線程間方便的通信更加方便。由於同一進程下的線程之間共享數據空間，所以一個線程的數據可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。但是，同一進程內的所有線程共享相同的全局內存，這樣線程之間的通信就變得相當簡單，隨之而來的就是同步問題。
三.基本線程函數
1.pthread_create函數，創建線程
int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr, void *(*func)(void *), void *arg);
pthread_t *tid：一個進程內的各個線程是由線程ID標識的，如果新線程創建成功，返回tid指針。
const pthread_attr_t *attr：每個線程有多個屬性，包括優先級、初始棧大小、是否是一個守護線程等等。
void *(*func)(void *)：線程啟動函數，線程從調用這個函數開始，或顯示結束（調用pthread_exit()），或隱式結束（讓該函數返回）。
void *arg：線程執行func函數的傳遞參數。
2.pthread_join函數，等待一個線程終止
int pthread_join(pthread_t *tid, void **status);
void **status：二級指針，如果status指針非空，那么所等待線程的返回值將存放在status指向的位置。
3.pthread_self函數，返回線程ID
int pthread_self(void);
跟進程比較，相當於getpid。
4.pthread_detach函數，線程分離
int pthread_detach(pthread_t tid);
線程或者是可匯合的（joinable），或者是脫離的（detach）。當可匯合的線程終止時，線程ID和退出狀態將保留，知道另外一個線程調用pthread_join。脫離的線程終止時，釋放所有的資源，因此我們不能等待它終止。若要一個線程知道另一個線程的終止時間，我們就要保留第二個線程的可匯合性。
5.pthread_exit函數，線程終止
int pthread_exit(void **status);
若線程未脫離，那么它的線程ID和退出狀態將保留到另外一個線程調用pthread_join為止。
四.多線程的同步
有了上面的基本函數還不足以完成本題的要求，為什么呢？因為題目要求按照ABCABC...的方式打印，而3個線程卻在搶占資源，所以無法控制排列順序。這時就需要用到多線程編程中的同步技術。
對於多線程編程來說，同步就是同一時間只允許一個線程訪問資源，而其他線程不能訪問。多線程有3種同步方式：
- 互斥鎖
- 條件變量
- 讀寫鎖
1.互斥鎖
互斥鎖是最基本的同步方式，它用來保護一個“臨界區”，保證任何時刻只由一個線程在執行其中的代碼。這個“臨界區”通常是線程的共享數據。
下面三個函數給一個互斥鎖上鎖和解鎖：
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);
假設線程2要給已經被線程1鎖住的互斥鎖（mutex）上鎖（即執行pthread_mutex_lock(mutex)），那么它將一直阻塞直到到線程1解鎖為止（即釋放mutex）。
如果互斥鎖變量時靜態分配的，通常初始化為常值PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER，如果互斥鎖是動態分配的，那么在運行時調用pthread_mutex_init函數來初始化。
2.條件變量
互斥鎖用於上鎖，而條件變量則用於等待，通常它都會跟互斥鎖一起使用。
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr,pthread_mutex_t *mptr); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr);
通常pthread_cond_signal只喚醒等待在相應條件變量上的一個線程，若有多個線程需要被喚醒呢，這就要使用下面的函數了：
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cptr);
3.讀寫鎖
互斥鎖將試圖進入連你姐去的其他簡稱阻塞住，而讀寫鎖是將讀和寫作了區分，讀寫鎖的分配規則如下：
（1）只要沒有線程持有某個給定的讀寫鎖用於寫，那么任意數目的線程可以持有該讀寫鎖用於讀；
（2）僅當沒有線程持有某個給定的讀寫鎖用於讀或用於寫時，才能分配該讀寫鎖用於寫。
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_relock_t *rwptr); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_relock_t *rwptr); int pthread_rwlock_unlock(pthread_relock_t *rwptr);
五.題目代碼
分析此題：
1.主線程main創建3個線程tid0，tid1，tid2；
2.設一個全局變量num，互斥鎖mutex保護此臨界區保證每次只有一個線程訪問num；
3.若搶占到資源的線程tid並不是我們需要的，那么讓它阻塞；
4.若搶占到資源的線程tid正好是我們需要的，那么就打印相應字母；
5.解鎖，喚醒其他兩個等待線程；
6.main函數等待3個線程打印結束才結束。
代碼如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<error.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
int num=0;
static pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void *func(void *);
int main()
{
pthread_t tid[3];
int ret=0,i;
for(i=0;i<3;i++)
if((ret=pthread_create(&tid[i],NULL,func,(void*)i))!=0)
printf("create thread_%c error\n",i+'A');
for(i=0;i<3;i++)
pthread_join(tid[i],NULL);
printf("\n");
return 0;
}
void *func(void *argc)
{
int i;
for(i=0;i<10;i++)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(num!=(int)argc)
pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
printf("%c",num+'A');
num=(num+1)%3;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_broadcast(&cond);
}
pthread_exit(0);
}
參考資料：
1. 《UNIX網絡編程卷2》
2.http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/10/30/1865267.html
3.http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/10/09/2715393.html