Linux 多线程详解 —— 线程创建、终止、等待、分离

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Linux 多线程详解 —— 线程创建、终止、等待、分离线程创建

接口：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
参数解释

• thread：线程标识符，是一个出参
• attr：线程属性
• star_routine：函数指针，保存线程入口函数的地址
• arg：给线程入口函数传参
  

返回值：成功返回0，失败返回error number

详解：

• 第一个参数是pthread_t类型的指针， 线程创建成功的话，会将分配的线程ID填入该指针指向的地址。 线程的后续操作将使用该值作为线程的唯一标识。
• 第二个参数是pthread_attr_t类型， 通过该参数可以定制线程的属性， 比如可以指定新建线程栈的大小、 调度策略等。 如果创建线程无特殊的要求， 该值也可以是NULL， 表示采用默认属性。
• 第三个参数是线程需要执行的函数。 创建线程， 是为了让线程执行一定的任务。 线程创建成功之后， 该线程就会执行start_routine函数， 该函数之于线程， 就如同main函数之于主线程。
• 第四个参数是新建线程执行的start_routine函数的入参。
  

pthread_create错误码及描述：

返回值	描述
EAGAIN	系统资源不够，或者创建线程的个数超过系统对一个进程中线程总数的限制
EINVAL	第二个参数attr值不合法
EPERM	没有合适的权限来设置调度策略或参数

传入参数arg的选择

传入参数	分析	是否可行
临时变量	临时变量的生命周期，临时变量的值会改变，传递临时变量有可能导致越界的问题	不可行
结构体对象	和临时变量相同	不可行
结构体指针	释放时，在线程不会使用该指针以后	可行
this指针		可行

不要使用临时变量传参，使用堆上开辟的变量可以。

例：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>void *ThreadWork(void *arg){  int *p = (int*)arg;  printf("i am work thread:%p,   data:%d\n",pthread_self(),*p);  pthread_exit(NULL);}int main(){  int i = 1;  pthread_t tid;  int ret = pthread_create(&tid,NULL,ThreadWork,(void*)&i);//不要传临时变量，这里是示范  if(ret != 0)  {    perror("pthread_create");    return -1;  }  while(1)  {    printf("i am main work thread\n");    sleep(1);  }  return 0;}
线程ID以及进程地址空间

线程获取自身的ID：

#include <pthread.h>pthread_t pthread_self(void);

判断两个线程ID是否对应着同一个线程：

#include <pthread.h>int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

返回为0时，则表示两个线程为同一个线程，非0时，表示不是同一个线程。

用户调用pthread_create函数时， 首先要为线程分配线程栈， 而线程栈的位置就落在共享区。 调用mmap函数为线程分配栈空间。 pthread_create函数分配的pthread_t类型的线程ID， 不过是分配出来的空间里的一个地址， 更确切地说是一个结构体的指针。

即：

线程注意点

• 线程ID是进程地址空间内的一个地址， 要在同一个线程组内进行线程之间的比较才有意义。 不同线程组内的两个线程， 哪怕两者的pthread_t值是一样的， 也不是同一个线程。
• 线程ID就有可能会被复用：
  
  1.线程退出。
  2.线程组的其他线程对该线程执行了pthread_join， 或者线程退出前将分离状态设置为已分离。
  3.再次调用pthread_create创建线程。
  

线程创建出来的默认值

线程创建的第二个参数是pthread_attr_t类型的指针， pthread_attr_init函数会将线程的属性重置成默认值。

线程属性及默认值：

属性	默认值	说明
contentionscope	PTHREAD_SCOPE_SYSTEM	进程调度相关，线程只支持在OS范围内竞争CPU资源
Detach state	PTHREAD_CREATE_DETACHED	可分离状态
Stack address	NULL	不指定线程开辟的基地址
Stack size	8196(KB)	默认线程栈大小为8M
Guard size	0	警戒缓冲区
Scheduling priority	0	进程调度相关，优先级为0
Scheduling policy	SCHED_OTHER	进程调度相关，调度策略为SCHED_OTHER
Inherit scheduler	PTHREAD_EXPLICIT_SCHED	进程调度相关，继承启动进程的调度策略

如果确实需要很多的线程， 可以调用接口来调整线程栈的大小：

#include <pthread.h>int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr,size_t stacksize);int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr,size_t *stacksize);
线程终止

线程终止，但进程不会终止的方法：

• 入口函数的return返回，线程就退出了
• 线程调用pthread_exit(NULL)，谁调用谁退出
  

#include <pthread.h>void pthread_exit(void *retval);

参数：retval是返回信息，”临终遗言“，可以给可以不给

该变量不能使用临时变量。

可使用：全局变量、堆上开辟的空间、字符串常量。

pthread_exit和线程启动函数（start_routine） 执行return是有区别的。 在start_routine中调用的任何层级的函数执行pthread_exit（） 都会引发线程退出， 而return， 只能是在start_routine函数内执行才能导致线程退出。

• 其它线程调用了pthread_cancel函数取消了该线程
  

int pthread_cancel(pthread_t thread);

thread：线程标识符

调用该函数的执行流可以取消其它线程，但是需要知道其它线程的线程标识符，也可以执行流自己取消自己，传入自己的线程标识符。

如果线程组中的任何一个线程调用了exit函数， 或者主线程在main函数中执行了return语句， 那么整个线程组内的所有线程都会终止。

线程等待线程等待接口#include <pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数	解释
thread	要等待的线程标识符
retval	接收返回值：若是return退出的，接受入口函数的返回值，pthread_exit退出的，接受该函数的参数，pthread_cancel退出的，void** 保存的是PTHREAD_CANCLED = （void *）-1

调用该函数，该执行流在等待线程退出的时候，该执行流是阻塞在pthread_joind当中的。

线程等待和进程等待的不同

• 第一点不同之处是进程之间的等待只能是父进程等待子进程， 而线程则不然。线程组内的成员是对等的关系， 只要是在一个线程组内， 就可以对另外一个线程执行连接（join） 操作。
• 第二点不同之处是进程可以等待任一子进程的退出 ， 但是线程的连接操作没有类似的接口， 即不能连接线程组内的任一线程， 必须明确指明要连接的线程的线程ID。
  

pthread_join()错误码：

返回值	说明
ESRCH	传入的线程ID不存在，查无此线程
EINVAL	线程不是一个joinable线程
EINVAL	已有其它线程捷足先登，链接目标线程
EDEADLK	死锁，如自己链接自己

为什么要等待退出的线程？

如果不连接已经退出的线程， 会导致资源无法释放。 所谓资源指的又是什么呢？

• 已经退出的线程， 其空间没有被释放， 仍然在进程的地址空间之内。
• 新创建的线程， 没有复用刚才退出的线程的地址空间。
  

如果不执行连接操作， 线程的资源就不能被释放， 也不能被复用， 这就造成了资源的泄漏。

纵然调用了pthread_join， 也并没有立即调用munmap来释放掉退出线程的栈， 它们是被后建的线程复用了。 释放线程资源的时候， 若进程可能再次创建线程， 而频繁地munmap和mmap会影响性能， 所以将该栈缓存起来， 放到一个链表之中， 如果有新的创建线程的请求， 会首先在栈缓存链表中寻找空间合适的栈， 有的话， 直接将该栈分配给新创建的线程。

例：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>#include <sys/syscall.h>void *ThreadWork(void *arg){  int *p = (int*)arg;  printf("pid :  %d\n",syscall(SYS_gettid));  printf("i am work thread:%p,   data:%d\n",pthread_self(),*p);  sleep(3);  pthread_exit(NULL);}int main(){  int i = 1;  pthread_t tid;  int ret = pthread_create(&tid,NULL,ThreadWork,(void*)&i);//不要传临时变量，这里是示范  if(ret != 0)  {    perror("pthread_create");    return -1;  }  pthread_join(tid,NULL);//线程等待  while(1)  {    printf("i am main work thread\n");    sleep(1);  }  return 0;}
线程分离

接口：#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);

默认情况下， 新创建的线程处于可连接（Joinable） 的状态， 可连接状态的线程退出后， 需要对其执行连接操作， 否则线程资源无法释放， 从而造成资源泄漏。

如果其他线程并不关心线程的返回值， 那么连接操作就会变成一种负担： 你不需要它， 但是你不去执行连接操作又会造成资源泄漏。 这时候你需要的东西只是：线程退出时， 系统自动将线程相关的资源释放掉， 无须等待连接。

可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离， 也可以是线程自己执行pthread_detach函数。

线程的状态之中， 可连接状态和已分离状态是冲突的， 一个线程不能既是可连接的， 又是已分离的。 因此， 如果线程处于已分离的状态， 其他线程尝试连接线程时， 会返回EINVAL错误。

pthread_detach错误码：

返回值	说明
ESRCH	传入线程的ID不存在，无此线程
EINVAL	线程不是一个joinable线程，已经处于分离状态

注意：这里的已分离不是指线程失去控制，不归线程组管，而是指线程退出后，系统会自动释放线程资源。若是线程组内的任意线程执行了exit函数，即使是已分离的线程，也仍会收到影响，一并退出。

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