手记

Linux线程 | 创建 终止 回收 分离

一、线程简介

  • 线程是参与系统调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运行单位。

  • 一个进程中可以创建多个线程,多个线程实现并发运行,每个线程执行不同的任务。

  • 每个线程都有其对应的标识,称为线程 ID,线程 ID 使用 pthread_t 数据类型来表示。

二、线程的创建

线程是轻量级的并发执行单元,通过调用Linux系统提供的pthread库中的函数来创建和管理线程。

  • 包含头文件:
#include <pthread.h>
  • 定义线程函数:

线程函数是线程实际执行的函数,可以是任何可以被调用的函数。线程函数的原型如下:

void* thread_function(void* arg);

其中arg是传递给线程函数的参数,可以是任何类型的数据。线程函数的返回值为void*类型,可以返回任何类型的数据。

  • 创建线程:

创建线程需要调用pthread_create函数。该函数的原型如下:

int pthread_create(pthread_t* thread, const pthread_attr_t* attr, void* (*start_routine)(void*), void* arg);
参数 类型 描述
thread pthread_t * 用于存储新线程标识符的指针
attr const pthread_attr_t * 用于指定新线程的属性,如栈大小、调度策略等,可以为 NULL,表示使用默认属性
start_routine void *(*)(void *) 新线程的起始函数,需要返回 void 指针类型的结果,并且带有一个 void 指针类型的参数
arg void * 传递给新线程起始函数的参数,可以为 NULL
返回值 int 0 表示成功,非 0 表示失败,错误代码保存在 errno

🚩 注意:在调用 pthread_create() 函数之后,新线程的执行与调用线程并行进行,它们之间没有特定的执行顺序。

下面是一个创建线程的例子:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *thread_func(void *arg)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("这是线程函数,arg=%d, i=%d\n", *(int *)arg, i);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
    pthread_t tid; // 线程标识符
    int arg = 123; // 传递给线程函数的参数

    // 创建新线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &arg) != 0) {
        printf("线程创建失败!\n");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束并回收资源
    if (pthread_join(tid, NULL) != 0) {
        printf("线程回收失败!\n");
        return 1;
    }

    printf("线程结束!\n");
    return 0;
}

三、 线程的终止

线程的终止有两种方式:自然终止强制终止

线程的自然终止是指线程执行完它的工作后自动退出,而强制终止是指在程序运行过程中,主线程或其他线程显式地终止一个正在运行的线程。

线程自然终止

线程可以通过调用pthread_exit函数来实现自然终止。pthread_exit函数的原型如下:

void pthread_exit(void *retval);

pthread_exit函数 无返回值,其中,参数retval是线程的退出状态,可以通过pthread_join函数获取。

下面是一个简单的例子,演示如何使用pthread_exit函数终止一个线程:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *thread_func(void *arg)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("这是线程函数,i=%d\n", i);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit((void *) "线程正常结束!");
}

int main()
{
    pthread_t tid; // 线程标识符

    // 创建新线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL) != 0) {
        printf("线程创建失败!\n");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束并回收资源
    void *retval;
    if (pthread_join(tid, &retval) != 0) {
        printf("线程回收失败!\n");
        return 1;
    }

    printf("%s\n", (char *)retval);
    printf("线程结束!\n");
    return 0;
}

上面的示例程序中,我们在线程函数中调用pthread_exit函数来终止线程,并返回一个字符串作为退出状态。

在主线程中,我们使用pthread_join函数等待线程结束,并通过指针retval获取线程的退出状态。

线程强制终止

在Linux中,线程的强制终止可以使用pthread_cancel函数来实现。pthread_cancel函数的原型如下:

int pthread_cancel(pthread_t thread);

其中,参数thread是要取消的线程标识符。当pthread_cancel函数被调用时,被取消的线程将立即退出。

参数 类型 描述
thread pthread_t 要取消的线程标识符
返回值 int 0 表示成功,非 0 表示失败,错误代码保存在 errno

🚩注意:调用 pthread_cancel() 函数只是向指定线程发送一个取消请求,让指定线程尽快退出执行,而不会立即终止它的执行。

线程在接收到取消请求后,可以通过调用 pthread_setcancelstate()pthread_setcanceltype() 函数来指定如何响应请求,这里不再展开说明。

下面是一个简单的例子,演示如何使用pthread_cancel函数强制终止一个线程:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *thread_func(void *arg)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("这是线程函数,i=%d\n", i);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit((void *) "线程正常结束!");
}

int main()
{
    pthread_t tid; // 线程标识符

    // 创建新线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL) != 0) {
        printf("线程创建失败!\n");
        return 1;
    }

    // 等待一段时间后强制终止线程
    sleep(2);
    if (pthread_cancel(tid) != 0) {
        printf("线程取消失败!\n");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束并回收资源
    void *retval;
    if (pthread_join(tid, &retval) != 0) {
        printf("线程回收失败!\n");
        return 1;
    }

    if (retval == PTHREAD_CANCELED) {
        printf("线程被取消!\n");
    } else {
        printf("%s\n", (char *)retval);
    }
    printf("线程结束!\n");
    return 0;
}

上面的示例程序中,主线程调用了pthread_cancel函数,强制终止了子线程。

在子线程函数中,我们使用pthread_exit函数返回了一个字符串,如果子线程正常结束,那么在主线程中打印出来的将是这个字符串;如果子线程被强制终止,那么在主线程中打印出来的将是线程被取消!

  • 🙈不是这个啦
  • 我是想说,前面好几次都提到了线程回收, 你是不是忘了告诉我了
  • 👧 不好意思哈,一下子没忍住就说出来了

四、线程的回收

使用pthread_join函数等待线程结束。该函数需要两个参数:线程标识符和指向线程返回值的指针。

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
参数 类型 描述
thread pthread_t 要等待的线程标识符
value_ptr void ** 用于获取线程的退出状态的指针,可以为 NULL,表示不关心退出状态
返回值 int 0 表示成功,非 0 表示失败,错误代码保存在 errno

🚩 注意:调用 pthread_join() 函数会阻塞当前线程,直到指定的线程终止为止。

如果指定的线程已经终止,那么该函数会立即返回,并且不会阻塞。

另外,线程的退出状态只有在 pthread_join() 调用成功时才能被获取,否则 value_ptr 指向的值是未定义的。

如果线程终止后,其它线程没有调用 pthread_join()函数来回收该线程,这个线程会变成僵尸线程,会浪费系统资源;若僵尸线程积累过多,那么会导致应

用程序无法创建新的线程。

五、线程的分离

可以使用pthread_detach函数将线程分离。pthread_detach函数的原型如下:

int pthread_detach(pthread_t thread);
参数 类型 描述
thread pthread_t 要分离的线程标识符
返回值 int 0 表示成功,非 0 表示失败,错误代码保存在 errno 中

调用 pthread_detach()函数将使得指定线程在退出时自动释放其相关资源,而不需要其他线程调用 pthread_join()函数来等待它的退出并回收资源。

如果指定的线程已经被分离或者已经退出,那么调用 pthread_detach() 函数将返回一个错误。

下面是一个简单的例子,演示如何使用pthread_detach函数将线程分离:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *thread_func(void *arg)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("这是线程函数,i=%d\n", i);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit((void *) "线程正常结束!");
}

int main()
{
    pthread_t tid; // 线程标识符

    // 创建新线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL) != 0) {
        printf("线程创建失败!\n");
        return 1;
    }

    // 分离线程
    if (pthread_detach(tid) != 0) {
        printf("线程分离失败!\n");
        return 1;
    }

    printf("线程已经分离,将自动回收资源!\n");

    // 程序结束
    return 0;
}

上面的示例程序中,我们在创建线程之后立即将线程分离,并打印一条提示信息,告诉用户线程已经分离,将在退出时自动回收资源。

当运行上面的程序时,可以看到如下输出:

线程已经分离,将自动回收资源!
这是线程函数,i=0
这是线程函数,i=1
这是线程函数,i=2
这是线程函数,i=3
这是线程函数,i=4

可以看到,程序创建了一个新线程,并立即将它分离。在子线程中,我们打印了5个字符串,每个字符串间隔1秒。

在主线程中,我们打印了一条提示信息,告诉用户线程已经分离,将在退出时自动回收资源。最后,程序正常结束,没有调用pthread_join函数。

小结

我们已经介绍了Linux线程的创建、终止、回收、分离等基本操作。

在实际编程中,我们可能还需要使用一些其他的函数和技巧,例如互斥锁、条件变量、信号量、读写锁等

👧 欲知后事如何,请听下回分解!


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