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Linux应用层开发--线程

news 2025/8/16 6:48:59

一、 Linux 线程简介

一、什么是线程（Thread）？

线程是 进程内的一个轻量级执行单元。
一个进程中可以有多个线程，并且这些线程共享进程的大部分资源。

二、线程 vs 进程对比

特性	进程（Process）	线程（Thread）
地址空间	独立	共享（代码段、数据段、堆等）
资源（文件描述符等）	独立	共享
栈空间	各有独立栈	每个线程有独立栈
通信效率	进程间通信较复杂	线程间通信简单（共享内存）
切换开销	大（涉及内核资源切换）	小（不涉及页表切换等）
使用场景	稳定、安全（如守护进程）	高并发、高性能场景（如 Web 服务器）

三、线程的优缺点

优点

创建、销毁、切换效率高
占用资源少
线程间通信方便（共享数据）

⚠️ 缺点

多线程共享数据，易引发同步问题/竞态条件
错误容易影响整个进程

二、线程创建

1、线程控制

2、线程创建：`pthread_create`

函数原型

#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread,                        // 线程ID指针const pthread_attr_t *attr,               // 线程属性，默认传 NULLvoid *(*start_routine)(void *),           // 线程函数指针void *arg                                 // 线程函数参数
);

返回值：

值	含义
`0`	成功
非 `0`	失败，返回错误码

pthread_t 定义

typedef unsigned long int pthread_t; // 实质上是无符号长整型

使用说明：

start_routine 为线程入口函数，格式统一为：
```
void *thread_func(void *arg);
```
参数可以通过结构体传入，返回值也可以是结构体指针。
若不需参数或返回值，可传 NULL 和返回 NULL。

程序运行逻辑

主线程中，创建两个线程：
- input_thread：监听标准输入，写入共享缓冲区。
- output_thread：读取共享缓冲区，打印到标准输出。
使用 pthread_join 等待两个线程完成（但由于是无限循环，这里只是保持主线程不退出）。

三、线程终止

线程终止的方式

线程可以通过以下几种方式终止：

方式	说明
`return`	在线程函数内直接返回，相当于 `pthread_exit(NULL)`
`pthread_exit`	在线程函数中调用，主动退出线程
`pthread_cancel`	由其他线程发起，异步请求取消
线程终止后资源是否自动回收？默认不会，需 `pthread_join` 或 `pthread_detach` 处理

函数详解

1）`pthread_exit`

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

结束调用该函数的线程。
可向其他线程返回数据 retval。
注意：retval 不要指向局部变量（函数栈帧会被销毁）。
推荐使用 malloc 分配返回内容，在 pthread_join 后回收。

2）`pthread_join`

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

等待指定线程终止，获取其返回值并回收资源。
用于阻塞等待线程结束，类似于进程中的 waitpid()。
retval 可以为 NULL，如果你不关心线程返回值。
成功返回 0，失败返回错误码。

3）`pthread_detach`

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

将线程设置为 detached（分离）状态：
- 线程退出时，其资源自动释放，不再需要 pthread_join。
适用于主线程不关心子线程退出状态的场景。
与 pthread_join 互斥，不能对同一线程调用两者。

4）`pthread_cancel`

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

向目标线程发送 取消请求（并非强制终止）。
实际是否终止取决于：
- 取消状态：enable / disable
- 取消类型：deferred / asynchronous
线程默认：
- 状态：enable
- 类型：deferred
被取消线程必须在“取消点函数”中才会响应（如 read, sleep, pthread_join 等）。

如果线程成功被取消，pthread_join 获取到的返回值为：

retval == PTHREAD_CANCELED

5）`pthread_setcancelstate`

#include <pthread.h>int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

设置当前线程是否 允许被取消。

宏定义	含义
`PTHREAD_CANCEL_ENABLE`	允许（默认）
`PTHREAD_CANCEL_DISABLE`	禁止被取消

oldstate 可为 NULL，也可保存原状态。

6）`pthread_setcanceltype`

#include <pthread.h>int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

设置当前线程的 取消类型。

宏定义	含义
`PTHREAD_CANCEL_DEFERRED`	延迟取消（默认）
`PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS`	异步取消（不建议轻易使用）

小结对比表

方法	用途	是否释放资源	获取返回值	场景
`pthread_exit`	线程主动退出	❌（需 join 或 detach）	✅	返回数据
`return`	简化版 exit	❌	✅	简单返回
`pthread_join`	等待并获取返回值	✅	✅	主线程等子线程
`pthread_detach`	自动资源释放	✅	❌	不关心返回值
`pthread_cancel`	异步取消线程	❌（需 join 回收）	✅（可得 CANCELED）	主动终止