Linux-線程控制

線程等待

pthread_join()

pthread_join??是 Linux 系統中用于線程同步的重要函數，主要作用是等待指定線程結束并回收其資源。

基本功能

- 阻塞當前調用線程，直到目標線程執行結束。
- 回收目標線程的資源，避免產生“僵尸線程”。
- 可選地獲取目標線程的返回值。

函數原型

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

- ?thread?：需要等待的目標線程 ID（由 ?pthread_create??返回）。
- ?retval?：用于存儲目標線程的返回值（若不需要，可設為 ?NULL?）。
- 返回值：成功返回 0，失敗返回非 0 錯誤碼。

使用示例

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>void *thread_func(void *arg) {printf("子線程執行\n");return (void *)100; // 子線程返回值
}int main() {pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);void *ret;pthread_join(tid, &ret); // 等待子線程結束，獲取返回值printf("子線程返回值：%d\n", (int)ret);return 0;
}

注意事項

- 每個線程只能被 ?pthread_join??一次，多次調用會出錯。
- 若不調用 ?pthread_join??且未設置線程分離（?pthread_detach?），線程結束后資源不會被回收，會成為僵尸線程。
- 若目標線程已結束，?pthread_join??會立即返回并回收資源。

線程退出

方式1

return?

方式2

pthread_exit()pthread_exit??是 Linux 中用于線程退出的函數，定義在 ?<pthread.h>??頭文件中，用于終止當前線程的執行并返回退出狀態。

基本用法

- 函數原型：?void pthread_exit(void *retval);?
- 參數 ?retval?：指向線程退出狀態的指針，其他線程可通過 ?pthread_join??獲取該值。
- 作用：終止調用線程，釋放線程資源（但不會自動釋放線程創建時分配的堆內存等，需手動管理）。

關鍵特點

- 僅終止當前線程：與 ?exit??不同，?pthread_exit??只結束調用它的線程，不影響進程中其他線程的執行。
- 退出狀態傳遞：通過 ?retval??傳遞的狀態需為全局變量或動態分配的內存（避免棧內存被釋放），否則其他線程可能獲取到無效值。
- 與 ?return??的區別：在線程函數中使用 ?return??與 ?pthread_exit??效果類似，但 ?pthread_exit??更靈活（可在函數中任意位置調用）。

示例

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>void *thread_func(void *arg) {int *result = malloc(sizeof(int));*result = 100;pthread_exit(result); // 線程退出并返回結果
}int main() {pthread_t tid;void *ret;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);pthread_join(tid, &ret); // 獲取線程退出狀態printf("線程返回值：%d\n", *(int*)ret);free(ret); // 釋放動態分配的內存return 0;
}

上述示例中，線程通過 ?pthread_exit??返回動態分配的結果，主線程通過 ?pthread_join??獲取并釋放內存。

方式3

pthread_cancel()（線程的取消）

pthread_cancel??是 Linux 中用于取消線程執行的函數，屬于 POSIX 線程庫（pthread）的一部分，其作用是請求終止指定的線程。

基本語法

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);

- 參數 ?thread?：目標線程的 ID（由 ?pthread_create??返回）。
- 返回值：成功返回 0，失敗返回非 0 錯誤碼（如 ?ESRCH??表示線程不存在）。

核心特點

1.?請求而非強制終止
pthread_cancel??只是發送一個“取消請求”，并非立即終止線程。線程是否響應、何時響應，取決于其“取消狀態”和“取消類型”。
2.?取消狀態（可通過 ?pthread_setcancelstate??設置）
- ?PTHREAD_CANCEL_ENABLE?（默認）：線程允許響應取消請求。
- ?PTHREAD_CANCEL_DISABLE?：線程忽略取消請求，直到狀態改為允許。
3.?取消類型（可通過 ?pthread_setcanceltype??設置，僅當狀態為允許時有效）
- ?PTHREAD_CANCEL_DEFERRED?（默認）：線程在“取消點”（如 ?sleep?、?read??等系統調用）處響應請求。
- ?PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS?：線程立即響應請求（較少使用，可能導致資源未釋放）。

注意事項

- 線程被取消后，資源（如鎖、內存）需通過“線程清理函數”（?pthread_cleanup_push?/?pthread_cleanup_pop?）釋放，避免泄漏。
- 并非所有函數都是取消點，可通過 ?pthread_testcancel??主動檢查取消請求（手動創建取消點）。

示例：通過 ?pthread_cancel??取消一個延遲響應的線程，需確保線程在取消點處被終止。

注意

線程間的通信不僅僅只可以交流傳輸字符串或整數

這段代碼展示了如何在多線程中通過指針傳遞自定義對象（?Request??和 ?Response?），實現線程間的數據交互。主要功能是創建一個子線程，計算從 ?start_??到 ?end_??的整數和，并通過 ?Response??對象返回結果。

代碼解析

1.?自定義類

- ?Request?：封裝線程的輸入參數（計算范圍 ?start_?/?end_?、線程名稱 ?threadname_?）。

- ?Response?：封裝線程的輸出結果（計算總和 ?result_?、狀態碼 ?exitcode_?）。

2.?線程函數 ?sumCount?

- 接收 ?Request*??類型的參數，解析輸入范圍并循環計算總和。

- 每次循環打印當前進度（線程名+當前計算的數字），并通過 ?usleep(100000)??暫停0.1秒（方便觀察過程）。

- 計算完成后，創建 ?Response??對象存儲結果，釋放 ?Request??資源，返回 ?Response*?。

3.?主線程 ?main?

- 創建 ?Request??對象并傳入子線程，通過 ?pthread_create??啟動線程。

- 調用 ?pthread_join??等待子線程結束，獲取返回的 ?Response*??并打印結果，最后釋放資源。

 class Request{public:Request(int start, int end, const string &threadname): start_(start), end_(end), threadname_(threadname){}public:int start_;int end_;string threadname_;};class Response{public:Response(int result, int exitcode):result_(result),exitcode_(exitcode){}public:int result_;   // 計算結果int exitcode_; // 計算結果是否可靠};void *sumCount(void *args) // 線程的參數和返回值，不僅僅可以用來進行傳遞一般參數，也可以傳遞對象！！{Request *rq = static_cast<Request*>(args); //  Request *rq = (Request*)argsResponse *rsp = new Response(0,0);for(int i = rq->start_; i <= rq->end_; i++){cout << rq->threadname_ << " is runing, caling..., " << i << endl;rsp->result_ += i;usleep(100000);}delete rq;return rsp;}int main(){pthread_t tid;Request *rq = new Request(1, 100, "thread 1");pthread_create(&tid, nullptr, sumCount, rq);void *ret;pthread_join(tid, &ret);Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);cout << "rsp->result: " << rsp->result_ << ", exitcode: " << rsp->exitcode_ << endl;delete rsp;return 0;}

線程及輕量化進程底層實現邏輯運用的是clone

clone?

?在 Linux 中，?clone??是一個系統調用，主要用于創建新的進程（或線程），與 ?fork??相比，它提供了更精細的控制能力，可以指定新進程與父進程共享哪些資源。
?
clone??的核心特點

- 靈活的資源共享：通過參數可以指定新進程是否共享父進程的內存空間、文件描述符表、信號處理等資源。例如，創建線程時通常會共享內存空間，而創建獨立進程時則不共享。
- 與 ?fork??的關系：?fork??可以看作是 ?clone??的一種特殊情況（?clone??省略部分參數時的簡化版），?fork??會復制父進程的幾乎所有資源，而 ?clone??可按需共享。

主要用途

- 創建線程（如 POSIX 線程 pthread 底層可能使用 ?clone?，共享內存空間）。
- 創建具有特定資源共享策略的進程，滿足特殊場景需求（如輕量級進程 LWP）。

簡單來說，?clone??是 Linux 中一個更底層、更靈活的進程/線程創建工具，通過控制資源共享粒度，適應不同的并發場景。

由于clone相對于用戶而言使用過于復雜，因此 Clone被包裝成庫供用戶使用,開發者將要調用的函數指針和棧區暴露出來給用戶使用,由于操作系統要對線程進行管理，而線程共用一個動態庫，因此副線程它主要存儲在共享區，而主線程及進程它是存放在內核的主線程棧中

TCB

在 Linux 中，TCB（Thread Control Block，線程控制塊） 是內核中用于管理線程狀態的核心數據結構，類似于進程的 PCB（Process Control Block），但專門用于線程。

TCB 的主要作用

- 存儲線程的基本信息，如線程 ID（TID）、狀態（運行、就緒、阻塞等）。
- 記錄線程的上下文（寄存器值、程序計數器等），用于線程切換時保存和恢復狀態。
- 關聯線程所屬的進程（進程 PCB），以及線程組信息。
- 管理線程的棧指針、信號掩碼、調度優先級等私有資源。

與 clone 的關系

當使用 ?clone??創建線程時（如指定 ?CLONE_THREAD?、?CLONE_VM??等標志），內核會為新線程創建一個 TCB，同時共享進程的部分資源（如內存空間）。TCB 是內核識別和調度線程的關鍵，確保每個線程能獨立被調度，同時與同進程其他線程協作。

簡單說，TCB 就是線程在內核中的“身份證”和“狀態檔案”，支撐線程的獨立運行和管理。

TID

在 Linux 中，TID（Thread ID，線程 ID） 是用于唯一標識線程的編號，類似于進程的 PID（Process ID），但專門針對線程。

TID 的特點

- 唯一性：系統中每個線程都有一個唯一的 TID，即使是同一進程內的不同線程，TID 也互不相同。
- 與 PID 的關系：在 Linux 中，線程本質上是輕量級進程（LWP），因此 TID 在內核中與 PID 共享同一編號空間（即 TID 也是一個“進程 ID”，但屬于線程級別的標識）。
- 線程組關聯：同一進程的所有線程屬于同一個線程組，線程組的領頭線程（通常是進程創建的第一個線程）的 TID 等于進程的 PID。

作用

- 內核通過 TID 識別和調度不同的線程。
- 用戶態可通過 ?gettid()??系統調用獲取當前線程的 TID，用于線程管理、調試等場景（如 ?ps -T??命令可查看進程內的線程 TID）。

例如，一個進程包含 3 個線程，它們會有各自不同的 TID，但共享同一個進程 PID（等于領頭線程的 TID）。

分散線程

Linux 中的分離線程（Detached Thread）是一種特殊狀態的線程，核心特點是：

- 線程結束后會自動釋放資源（如棧、寄存器等），無需其他線程調用 ?pthread_join()??等待回收。
- 無法通過 ?pthread_join()??獲取其退出狀態。

主要用途

避免線程資源泄漏，適用于不需要等待其完成、也無需獲取結果的場景（如后臺日志打印、異步任務等）。

設置方式

1.?創建時指定：通過 ?pthread_attr_t??設置屬性為 ?PTHREAD_CREATE_DETACHED?。
2.?創建后設置：調用 ?pthread_detach(pthread_t thread)??函數將線程轉為分離狀態。

分離線程的核心是自動回收資源，簡化線程管理，避免手動回收的繁瑣。

pthread_detach??是 POSIX 線程庫中的一個函數，用于將指定線程設置為分離狀態（detached）。

核心作用

讓目標線程在結束時自動釋放所有資源（如棧空間、線程描述符等），無需其他線程通過 ?pthread_join??來等待或回收。

函數原型

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);

- 參數 ?thread?：要設置為分離狀態的線程 ID（由 ?pthread_create??返回）。
- 返回值：成功返回 0，失敗返回非 0 錯誤碼（如線程不存在）。

使用場景

適用于不需要獲取線程退出狀態、也無需等待其完成的場景（例如后臺服務線程、日志打印線程），避免資源泄漏。

注意點

- 線程一旦被分離，就無法再通過 ?pthread_join??獲取其狀態，調用會失敗。
- 可在線程創建后立即調用（通常由主線程或線程自身調用），也可在創建時通過屬性直接指定為分離狀態（更高效）。

簡單說，?pthread_detach??就是“告訴系統：這個線程結束后自己收拾干凈，不用別人管了”。??

線程私有化關鍵字__thread?

__thread??是 GCC 編譯器（GNU C 擴展）提供的關鍵字，用于聲明線程局部變量（Thread-Local Variables），實現線程空間私有化。它的作用是讓變量在每個線程中擁有獨立的副本，線程對變量的操作僅影響自身副本，不干擾其他線程。

主要特點

- 適用場景：主要用于 C/C++ 代碼，需配合 GCC 編譯器（或支持該擴展的編譯器，如 Clang）。
- 生命周期：變量的生命周期與線程一致，線程創建時初始化，線程結束時自動銷毀。
- 初始化限制：只能用常量初始化（不能用運行時動態計算的值）。

示例代碼

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
// 聲明線程局部變量，每個線程有獨立副本
__thread int var = 0;void* thread_func(void* arg) {int id = *(int*)arg;var = id; ?// 每個線程修改自己的副本printf("線程 %d 中的 var 值：%d\n", id, var);return NULL;
}int main() {pthread_t tid1, tid2;int id1 = 1, id2 = 2;pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, &id1);pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, &id2);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);return 0;
}

?輸出會顯示兩個線程的 ?var??值分別為 1 和 2，互不干擾。

與 ?thread_local??的關系

C11 標準引入了 ?thread_local??關鍵字，作為線程局部變量的標準語法，功能與 ?__thread??類似。?__thread??是 GCC 的非標準擴展，而 ?thread_local??是跨編譯器的標準實現（需編譯器支持 C11 或 C++11 及以上標準）。在支持標準的情況下，更推薦使用 ?thread_local??以保證可移植性。