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 中

🚩 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：自然终止和强制终止。

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中

🚩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()和 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中

🚩 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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