线程的标识、创建和终止

1.线程标识

就像每个进程都有一个进程ID一样，每个线程都有一个线程ID。进程ID在整个系统中是唯一的，但线程ID只在它所属的进程环境中有效。

线程ID使用pthread_t数据类型来表示，实现的时候可以使用一个结构来表示pthread_t数据类型，所以可移植的操作系统实现不能将它比作整数处理。因此必须使用函数来对比线程ID进行比较。

#include <pthread.h>  
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2); //如果相等返回非0值，否则返回0. 

线程可以通过调用pthread_self函数获得自身线程ID。

#include<pthread.h>  
pthread_t pthread_self(void); //返回值为调用线程的线程ID。  

2.线程的创建

在传统的UNIX进程模型中，每个进程只有一个控制线程，从概念上讲，这与基于线程模型中每个进程只包含一个线程是相同的。在POSIX线程（pthread）的情况下，程序开始运行时，它也是以单进程中的单个控制线程启动的，在创建多个控制线程以前，程序的行为与传统的进程没有什么区别，新增的线程可以通过调用pthread_create函数创建。

#include<pthread.h>  
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void*), void*restrict arg );  
//若成功则返回0，否则返回错误编号  

当pthread_create成功返回时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID，attr参数用于定制各种不同的线程属性。新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg，如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，需要把这些参数放到一个结构体中，然后作为arg参数传入。

线程创建时并不能保证哪个线程会先运行，新创建的线程可以访问进程的地址空间，并且继承调用点的浮点环境和信号屏蔽字，但是该线程的未决信号集被清除。

注意：pthread函数在调用失败后通常返回错误码，它们并不像其他POSIX函数一样设置errno，所以通常使用strerror函数将错误代码翻译成描述信息，而不能直接使用perror函数取errno进行翻译。

 

3.线程终止

如果进程中任一线程调用了exit，_Exit或者_exit，那么整个进程就会终止。如果信号的默认动作是终止进程，那么把该信号发送到线程会终止整个进程。

单个线程可以通过下列三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流。

1.线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。

2.线程可以被同一进程中的其他线程取消。

3.线程调用pthread_exit。

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

rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似，进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。

#include <pthread.h>  
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr); //若成功则返回0，否则返回错误编号。  

调用线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者取消。如果线程只是从它的启动例程返回，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内容单元就置为PTHREAD_CANCELED。

如果对线程的返回值不感兴趣，可以把rval_ptr置为NULL。 

实践：

#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>  
#include <string.h>  
  
void* thr_fn1(void *arg){  
        printf("thread 1 return.\n");  
        return (void*)1;  
}  
  
void* thr_fn2(void *arg){  
        printf("thread 2 exit.\n");  
        pthread_exit((void*)2);  
}  
  
int main(void){  
        int err;  
        pthread_t tid1,tid2;  
        void* tret;  
  
        err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, NULL);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_create:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
  
        err = pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, NULL);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_create:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
  
        err = pthread_join(tid1, &tret);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_join:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
        printf("thread1 exit code %d\n",(int)tret);  
  
        err = pthread_join(tid2, &tret);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_join:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
        printf("thread1 exi2 code %d\n",(int)tret);  
  
        return 0;  
}  

编译：

gcc -pthread thread.c UNIX原生是不支持多线程的，多线程通过lpthread库实现，所以需要使用lpthread库进行编译。

执行：

thread 2 exit.
thread 1 return.
thread1 exit code 1
thread1 exi2 code 2 

pthread_create和pthread_exit函数的无类型指针参数能传递的参数值可以不止一个，该指针可以传递包含更复杂信息的结构体地址（这就是为什么pthread_join中的rval_ptr的类型为双指针），但是要保证结构体使用的内存在调用者完成后必须仍然是有效的。线程可以通过调用pthread_cancel函数来请求取消同一进程中的其他线程。

#include<pthread.h>  
int pthread_cancel(pthread_t tid); //若成功则返回0，否则返回错误编号

默认情况下，pthread_cancel函数会使得由tid标识的线程的行为表现为如同调用了参数为PTHREAD_CANCELED的pthread_exit

函数，但是线程可以忽略取消方式或者控制取消方式。 

线程可以安排它退出时需要调用的函数，这与进程的atexit函数是类型的。这样的函数称为线程清理处理程序，线程可以建立多个清理处理程序，处理程序记录在栈中，也就是说他们的执行顺序与他们注册时的顺序相反。

#include<pthread.h>  
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void* arg);  
void pthread_cleanup_pop(int execute);  

当线程执行以下动作时调用清理函数，调用参数为arg，清理函数rtn的调用顺序是由pthread_cleanup_push函数来安排的。

1.调用pthread_exit时。

2.响应取消请求时。

3.用非零execute参数调用pthread_cleanup_pop时。

如果execute参数置为0，清理函数将不被调用。无论execute参数是否为0，pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push调用建立的清理处理程序。 

使用这两个函数有以下注意点：

1.push和pop一定是成对出现的。

2.push可以有多个，同样pop也要有对应的数量。

 

实践：

#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>    
void cleanup(void *arg){  
        printf("cleanup:%s\n",(char*)arg);  
}  
  
void *thr_fn1(void *arg){  
        printf("thread 1 start\n");  
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1 first handler");  
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1 second handler");  
        printf("thread 1 push complete\n");  
        return (void *)1;  
        pthread_cleanup_pop(0);  
        pthread_cleanup_pop(0);  
}  
  
void *thr_fn2(void *arg){  
        printf("thread 2 start\n");  
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2 first handler");  
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2 second handler");  
        printf("thread 2 push complete\n");  
        pthread_exit((void *)2);  
        pthread_cleanup_pop(0);  
        pthread_cleanup_pop(0);  
}  
  
int main(void){  
        pthread_t tid1,tid2;  
        int err;  
        void* tret;  
  
        err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, (void*)1);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_create:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
  
        err = pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, (void*)2);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_create:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
  
        err = pthread_join(tid1,&tret);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_join:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
        printf("thread 1 exit code:%d\n",(int)tret);  
  
        err = pthread_join(tid2,&tret);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_join:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
        printf("thread 2 exit code:%d\n",(int)tret);  
  
        return 0;  
}  

可能大家会有疑问：

thr_fn1和thr_fn2中的pthread_cleanup_pop不是执行不到了么？是的，但是如果不写，会有语法错误，编译不会通过。因为push和pop必须成对出现。

 

运行结果：

thread 2 start
thread 2 push complete
cleanup:thread 2 second handler
cleanup:thread 2 first handler
thread 1 start
thread 1 push complete
thread 1 exit code:1
thread 2 exit code:2

从结果来看，只有调用了pthread_exit函数后才能调用清理函数。

 

现在可以看出，线程和进程函数有很多相似之处。

 

在默认情况下，线程终止状态会保存到对该线程调用pthread_join，如果线程已经处于分离状态，线程的底层存储资源可以在线程终止时立即被收回。当线程被分离时，并不能用pthread_join函数等待它的终止状态，对分离状态的线程进行pthread_join的调用会产生失败，返回EINVAL。pthread_detach调用可以用于线程进入分离状态。

#include <pthread.h>  
int pthread_detach(pthread_t tid); //成功则返回1，否则返回错误编号。   

实践：

#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>  
#include <string.h>  
  
void *thr_fn(void *arg){  
        printf("thread start\n");  
        printf("thread complete\n");  
        pthread_exit((void *)1);  
}  
  
int main(void){  
        pthread_t tid1;  
        int err;  
        void* tret;    
        err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn, (void*)1);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_create:%s\n",err);  
                return -1;  
        }    
        err = pthread_detach(tid1);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_detach:%s\n",err);  
                return -1;  
        }  
  
        err = pthread_join(tid1,&tret);  
        if(err != 0){  
                printf("pthread_join:%s\n",strerror(err));  
                return -1;  
        }  
        printf("thread 1 exit code:%d\n",(int)tret);  
        return 0;  
}  

运行结果：

pthread_join:Invalid argument

因为线程已经处于分离状态，所以无法获取终止状态。