Linux线程 | 创建 终止 回收 分离
一、线程简介
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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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