线程控制（创建、终止、等待、分离）

目录

1.前言

2.创建线程 

pthread_create函数

3.线程终止

pthread_exit函数

pthread_cancel函数

4.线程等待

5.线程分离

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1.前言

在Linux系统中，并不存在真正的线程，只有轻量级进程。所以，Linux系统只提供了操作轻量级进程的系统调用接口，并不提供直接操作线程的系统调用接口。但是，对于用户来说，用户想要对线程进行操作，只认线程相关的接口。于是，有人对轻量级进程的系统调用接口进行封装，转换成线程相关的接口语义给用户使用。

封装其实就是封装成库，这个库被叫做Linux的原生线程库：

• 与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_”开头。
• 要使用这些函数库，要通过引入头文<pthread.h>。
• 链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项 

2.创建线程 

pthread_create函数

pthread库中创建线程的函数为pthread_create，创建出的新线程和主线程谁先运行时不确定的，由调度器说了算。

功能：用于创建一个新的线程。

函数原型：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,

                                                            void *(*start_routine) (void*), void *arg);

参数：

• pthread_t *thread：这是一个输出型参数，用于存储新线程的标识符（线程ID）。线程创建成功后，系统会将线程ID写入该指针指向的内存。原生线程库中还提供了一个让线程获取自己的线程id的方法：pthread_t pthread_self(void)

• const pthread_attr_t *attr：指向线程属性的指针，用于设置线程的属性（如栈大小、调度策略等），如果为 NULL，则使用默认属性。

• void *(*start_routine) (void *):

  • 线程启动后执行的函数指针。该函数必须返回 void * 并接受一个 void * 类型的参数。

  • 线程从该函数的起始处开始执行，函数返回时线程终止。

• void *arg：传递给 start_routine 函数的参数。如果需要传递多个参数，可以将它们封装在一个结构体中，然后传递结构体的指针。

返回值：

• 成功：返回 0。

• 失败：返回错误码（非零值），常见的错误码包括：

  • EAGAIN：系统资源不足，无法创建线程。

  • EINVAL：线程属性无效。

  • EPERM：没有权限设置调度策略或参数。

使用示例：

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;void* handler(void* arg)
{int cnt = 5;while(cnt--){cout << "I am a thread" << endl;sleep(1);}return nullptr;
}int main()
{pthread_t thread_id = 0;int ret = pthread_create(&thread_id, NULL, handler, NULL);if(ret != 0){cout << "create error" << endl;}sleep(6);return 0;
}

运行结果：

当我们的代码创建出一个线程之后，新线程就会和主线程并发执行自己的代码。如果主线程先退，表示进程退出，新线程也会结束，如果新线程先结束，主线程不会直接结束，会等自己的代码运行完之后再结束。

3.线程终止

终止一个线程的方法有三种：

• return：使用return语句退出。
• pthread_exit：线程可以调用pthread_exit函数终止自己。
• pthread_cancel：一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程。

pthread_exit函数

功能：终止当前进程的执行。

函数原型：void pthread_exit(void *retval)

参数：

• void *retval:

  • 线程的返回值，通常是一个指向某个数据的指针。

  • 如果不需要返回值，可以传递 NULL。

  • 该返回值可以被其他线程通过 pthread_join 获取。

返回值：该函数没有返回值。

需要注意：pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时，线程函数已经退出了。

使用示例：

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;void* handler(void* arg)
{int cnt = 3;while(cnt--){cout << "I am a thread" << endl;sleep(1);if(cnt == 1){cout << "called pthead_exit" << endl;pthread_exit(NULL);}}return nullptr;
}int main()
{pthread_t thread_id = 0;int ret = pthread_create(&thread_id, NULL, handler, NULL);if(ret != 0){cout << "create error" << endl;}sleep(5);return 0;
}

运行结果：

pthread_cancel函数

功能：用于请求取消（终止）指定的线程。

函数原型：int pthread_cancel(pthread_t thread)

参数：

• pthread_t thread：目标线程的标识符（线程ID），即需要取消的线程。

返回值：

• 成功：返回 0。

• 失败：返回错误码（非零值）。

使用示例：

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;void* handler(void* arg)
{int cnt = 10;while(cnt--){cout << "new thread say: I am runnig" << endl;sleep(1);}return nullptr;
}int main()
{pthread_t tid = 0;int ret = pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL);if(ret != 0){cout << "create thread error" << endl;}cout << "create thread success" << endl;sleep(5);ret = pthread_cancel(tid);if(ret != 0){cout << "cancel thread error" << endl;}cout << "cancel thread success" << endl;return 0;
}

运行结果：

4.线程等待

在进程控制中，如果一个子进程退出，父进程需要对子进程进行回收，也就是需要进行进程等待，不然就会造成僵尸进程而引发资源泄漏问题；在线程这里，一个线程退出后，主线程需要对其进行回收，不然也会产生类似的问题。

• 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内。
• 创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。

pthread_join函数

功能：用于等待指定的线程终止，并获取该线程的返回值。

函数原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr)

参数：

• thread: 要等待的线程的标识符（pthread_t 类型）。

• value_ptr: 指向一个指针的指针，用于存储目标线程的返回值。如果不需要返回值，可以设置为 NULL。

返回值：

• 成功时返回 0。

• 失败时返回一个错误码（非零值），常见的错误码包括：

  • ESRCH: 没有找到与指定线程 ID 对应的线程。

  • EINVAL: 线程是分离的（detached）或者已经有其他线程在等待它。

  • EDEADLK: 检测到死锁（例如，线程试图等待自己）。

需要注意：

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。

thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下:

• 1. 如果thread线程通过return返回，value_ ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
• 2. 如果thread线程被别的线程调用pthread_ cancel异常终掉，value_ ptr所指向的单元里存放的是常数 —— PTHREAD_ CANCELED。
• 3. 如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
• 4. 如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ ptr参数。

使用示例：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void* thread_function(void* arg) {int* value = (int*)arg;printf("Thread is running with value: %d\n", *value);int* result = (int*)malloc(sizeof(int));*result = *value * 2;pthread_exit(result);
}int main() {pthread_t thread;int value = 10;int* retval;if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, &value) != 0) {perror("pthread_create");exit(EXIT_FAILURE);}if (pthread_join(thread, (void**)&retval) != 0) {perror("pthread_join");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Thread returned: %d\n", *retval);free(retval);return 0;
}

运行结果：

5.线程分离

默认情况下，新创建的线程是需要等待的，新线程退出后，需要主线程对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统资源泄漏。如果不关心线程的返回值，等待就是一种负担，这个时候，我们可以将该线程分离，当线程退出时，操作系统会自动释放被分离的线程的资源。

注意：线程分离只是主线程不用等待新线程的退出了，并不是把新线程剥离下来了。

pthread_detach函数

功能：用于将指定的线程标记为“分离状态”，分离状态的线程在终止时会自动释放其资源，而不需要其他线程调用 pthread_join 来回收资源。

函数原型：int pthread_detach(pthread_t thread)

参数：

• thread：要分离的线程的标识符（pthread_t 类型）

返回值：

• 成功时返回 0。

• 失败时返回一个错误码（非零值），常见的错误码包括：

  • ESRCH: 没有找到与指定线程 ID 对应的线程。

  • EINVAL: 线程已经是分离状态，或者线程已经终止。

注意：

• 一旦线程被分离，就不能再调用 pthread_join 来等待它，否则会导致未定义行为
• 线程分离，可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离，也可以是线程自己将自己分离。

使用示例：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>void* thread_function(void* arg) {int* value = (int*)arg;printf("Thread is running with value: %d\n", *value);sleep(2); // 模拟线程执行一些任务printf("Thread is exiting\n");pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t thread;int value = 10;if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, &value) != 0) {perror("pthread_create");exit(EXIT_FAILURE);}// 分离线程if (pthread_detach(thread) != 0) {perror("pthread_detach");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Main thread continues to run...\n");sleep(3); // 确保分离的线程有足够时间完成return 0;
}

运行结果：