【Linux操作系统】多线程控制（创建，等待，终止、分离）

一、线程与轻量级进程的关系
二、进程创建
- 1.线程创建
- - 线程创建函数（pthread）
  - 查看和理解线程id
  - 主线程与其他线程之间的关系
三、线程等待（回收）
四、线程退出
- 线程退出情况
- 线程退出方法
五、线程分离
线程的优点
线程的缺点

一、线程与轻量级进程的关系

首先我想问一个问题，Linux中有没有真线程呢？答案是没有，Linux中只有轻量级进程

但是用户不知道“轻量级进程”，认为只有进程和线程。因此，Linux系统中不会有与线程相关的系统调用，只有轻量级进程的系统调用

Linux系统为了能让用户进行正常的使用Linux线程，Linux设计者在用户与内核之间设计了一个 pthread库—原生线程库

**作用是将轻量级进程的系统调用进行封装，转成线程相关的接口语义提供给用户，让用户感觉自己使用的是线程，但实际上底层是轻量级进程 **，所以我们平时在Linux中使用线程必须带上这个库，不过要注意的是这个库并不属于LInux内核，只要是库它就是在用户级实现的，因此有许多人将Linux的线程称作“用户级线程”，所有线程的实现都是在用户级实现的

二、进程创建

1.线程创建

线程创建函数（pthread）

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg);

thread：返回线程ID
attr：设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
start_routine：函数地址，线程启动后要执行的函数
arg：传给线程启动函数的参数
返回值：成功放回0，失败返回错误码

举例：

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

void *newthreadrun(void *args)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "I am new thread, pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, newthreadrun, nullptr);

    while (true)
    {
        std::cout << "I am main thread, pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

有个注意事项就是，如果我们创建线程传递的是类成员函数，那么就需要将我们的类成员函数声明为static函数，因为如果类成员函数的参数中默认会有一个this指针，将类成员函数声明为static函数，这个成员函数就没有this指针了，否则就会造成匹配错误

查看和理解线程id

使用 ps -aL 查看

在这里插入图片描述
当我们使用 ps -aL 查看进程时我们会发现除了我们熟知的PID，还有一个陌生的LWP

如果这个进程是单进程的话，这个PID和LWP是一样的
如果这个进程是多线程的话，这个LPW代表不同线程（轻量级进程(light weight process)）LWP
其中这个PID是主线程的ID

pthread_ create函数会产生一个线程ID，存放在第一个参数指向的地址中。该线程ID和前面说的线程ID不是一回事，前面讲的线程ID属于进程调度的范畴。因为线程是轻量级进程，是操作系统调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程
pthread_ create函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即为新创建线程的线程ID，属于NPTL线程库的范畴。线程库的后续操作，就是根据该线程ID来操作线程的

线程库NPTL提供了pthread_ self函数，可以获得线程自身的ID：

pthread_t pthread_self(void);

主线程与其他线程之间的关系

主线程与其他线程谁先运行？

这个答案是不确定的，由调度器决定

主线程退出，其他线程继续运行还是退出？

主线程退出，就等同于这个进程退出了，而进程是承担分配系统资源的基本实体，进程退出了，进程所拥有的内部资源也应该被释放，也包括内部的执行流等，所以只要主线程退出了，所有进程都要退出

这也意味着我们的主线程需要最后结束

三、线程等待（回收）

前面我们学过，进程在退出时需要回收它（wait），否则就会变成僵尸进程，而线程同样如此，线程也需要被回收（wait），否则也会造成内存泄漏问题

线程等待函数：pthread_join

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

thread：线程id
value_ptr：它指向一个指针，后者指向线程的返回值
返回值：成功返回0；失败返回错误码

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:

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
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。
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
如果对thread线程的终止状态不感兴趣,可以传NULL给value_ ptr参数

四、线程退出

线程退出情况

线程退出无非三种情况：

代码跑完，结果对
代码跑完，结构错
代码出异常

重点是出异常情况：

如果在多线程中，任意一个进程出现异常，都会导致整个进程退出，因此有些人说多线程代码往往健壮性不好

线程退出方法

使用return

从线程函数return。这种方法对主线程不适用,从main函数return相当于调用exit。

使用pthread_exit函数

线程可以调用pthread_ exit终止自己，类似于进程退出的exit

void pthread_exit(void *value_ptr);

无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）

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pthread_cancel函数

取消一个执行中的线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

thread:线程ID
返回值：成功返回0；失败返回错误码

五、线程分离

默认情况下，新创建的线程是joinable的，也就是说，在线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏，导致类似僵尸进程的事件

但如果我们的主线程并不关心其他线程的返回值，join它是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当该线程退出时，自动释放该线程资源，也就是说，我们可以将这个线程分离出去，可以说使该线程与主线程达到真正的并行

不过所谓的分离只是线程的一种工作状态，并不是说页表、进程地址空间等分离了，底层依旧属于同一个进程，因此当主线程退出时，分离线程还是会跟着退出，只是不需要等待了

线程并行方法：

在主线程分离其他线程

int pthread_detach(pthread_t thread);

在该线程中分离线程

pthread_detach(pthread_self());

举例：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 
void* thread_run(void* arg)
{
	pthread_detach(pthread_self());
	printf("%s\n", (char*)arg);
	return NULL;
}
int main(void)
{
	pthread_t tid;
	if (pthread_create(&tid, NULL, thread_run, "thread1 run...") != 0) {
		printf("create thread error\n");
		return 1;
	}
	int ret = 0;
	sleep(1);
	if (pthread_join(tid, NULL) == 0) {
		printf("pthread wait success\n");
		ret = 0;
	}
	else {
		printf("pthread wait failed\n");
		ret = 1;
	}
	return ret;
}