从0开始linux（39）——线程（2）线程控制

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博主ID：代码小豪

线程创建

线程创建的函数为pthread_create。该函数是包含在posix线程库当中，posix线程是C语言处理线程的一个标准接口，我们的进程创建、杀死和回收线程，都可以通过posix库来完成完成，这些函数包含在<pthread.h>库函数当中，且大部分函数的名字都是以pthread开头，但是要注意该库不是C语言标准库，因此在使用<pthread.h>时，要记得gcc/g++的编译选项当中加上-lpthread。

pthread_create函数原型如下：

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

在我们上一篇文章当中就使用了pthread_create函数，但是博主当时并没有介绍完全这些参数，接下来博主会使用三个pthread_create的例子，让大家了解这些参数到底有什么用。

• thread：输出型参数，创建一个pthread_t类型的变量，并将其地址传入函数当中，可以获得创建的线程的标识符
• attr：设置线程的属性，使用NULL表示线程设置成默认模式，博主在本篇的例子中创建的都是默认模式的线程
• start_routine：创建的线程的入口函数，类似于线程自己的main函数
• arg：传入给新线程的参数

线程标识符

在我们上一篇文章中，我们提到linux将线程描述成一个轻量级进程（LWP），而且通过ps -aL可以查到轻量级进程的LWP号，那么LWP号和线程标识符thread有什么关系呢？

我们话不多说，直接上例子。

void* routine1(void* arg)//新线程入口函数
{while(true){::sleep(1);}
}int main()
{pthread_t tid1;//线程标识符pthread_create(&tid1,nullptr,routine1,nullptr);//创建新线程std::cout<<"thread1 tid:"<<tid1<<std::endl;while(true){sleep(1);}return 0;
}

接下来我们运行程序，打开另外一个终端，输入指令：ps -aL | head -1;ps -aL | grep thread

这很明显了，线程标识符和lwd号根本不是一个东西，但是它们指向的都是同一个线程，那么为什么要这样呢？首先我们搞清楚一个点，那就是<pthread.h>库是C语言封装的库，不是操作系统的系统调用库，因此C语言不必与操作系统在线程描述方面统一起来，因此lwp号是操作系统用于辨识轻量级进程的，而tid是C语言封装用来辨识线程的，虽然在linux当中lwp和线程是同一个东西。但是不妨碍C语言将其视为其他属性。

线程参数

相信大家对pthread_create的参数有点疑惑吧？第一个就是为什么我们写的start_routine（线程的入口地址）是要返回值为void*，参数为void的回调函数？返回值为void就算了，那个void的参数到底有什么用啊，我们平时创建出线程之后，线程自己就跳转到回调函数当中去了，那里轮得到我们自己使用。那么那个void的参数是什么，怎么传，别急，听我娓娓道来。

在pthread_create当中存在一个void的参数也很存疑。即void *arg，这个arg能传一个void类型的指针，这个指针其实就是给回调函数start_routine的参数，由于它是一个void*的指针，因此我们可以用它指向任何数据，整形、浮点型、任何的c/c++的内置类型，甚至可以是结构体，类的对象。

我们简简单单的定义一个类：

class thread
{
public:thread(std::string name,int a,int b):_name(name),_a(a),_b(b){;}void Excute(){std::cout<<_name<<'-'<<_a<<'-'<<_b<<std::endl;}private:std::string _name;int _a;int _b;
};

接下来我们在main函数当中创建指向该类的对象的指针，并且将该指针转为void*类型。作为参数传递给pthread_create。

int main()
{pthread_t tid;thread* objptr=new thread("thread-1",11,26);pthread_create(&tid,nullptr,routine1,(void*)objptr);while(true){sleep(1);}return 0;
}

而我们的routine1函数的参数不是要求是void类型的吗？实际上该参数就是我们传入的objptr，在routine1函数当中，我们可以将void的指针转换成对象类型的指针thread*。这样我们就可以在线程执行的函数当中，传入数据了。

void* routine1(void*arg)
{thread* obj=static_cast<thread*>(arg);//将void*类型转换成thread*obj->Excute();return nullptr;
}

接下来我们编译并执行该程序。

可以发现，线程入口函数的参数，其实就是我们传入给pthread_create的void*参数arg。

多线程竞争资源

线程之间的数据和代码是共享的，这意味着我们在运行多线程的进程时，会很难控制它们的运行情况。我们可以创建多个线程，让他们共同对一个全局变量进行修改，并且使用同一个函数进行打印，看看会发生什么。

int shared_arg=100;//共同使用的全局变量
void* sharedroutine(void* arg)//共同使用的函数
{std::string name(static_cast<char*>(arg));while(true){shared_arg++;std::cout<<"tid:"<<name<<"   arg:"<<shared_arg<<std::endl;::usleep(10);}
}int main()
{pthread_t tid1;//线程1标识符pthread_t tid2;//线程1标识符pthread_t tid3;//线程1标识符pthread_t tid4;//线程1标识符pthread_create(&tid1,nullptr,sharedroutine,(void*)"thread-1");//创建新线程1pthread_create(&tid2,nullptr,sharedroutine,(void*)"thread-2");//创建新线程2pthread_create(&tid3,nullptr,sharedroutine,(void*)"thread-3");//创建新线程3pthread_create(&tid4,nullptr,sharedroutine,(void*)"thread-4");//创建新线程4swhile(true){sleep(1);}return 0;
}

我们编译并执行程序。

可以发现，定义在全局当中变量shared_arg在所有的线程当中是共享的，线程1对其修改后，线程2、线程3、线程4的shared_arg也会跟着修改。那么此时有人就问了，局部变量就不共享吗？实际上也是共享的，只是局部变量会存在于栈区间上，而线程之间的栈区间是独立的，除非你能让线程找到其他线程栈区间上的变量。但是博主想不到该怎么做（haha）。

而且我们发现线程之间既然发生了写入重复的错误，那么这是如何导致的呢？我们了解过，线程会共享进程中的资源，其中就包括文件资源，而linux当中一切皆文件，包括显示器，因此如果我们向显示器写入数据，如果线程1和线程2同时都在向显示器写入数据，都会发现这种写入重复的情况。实际上不仅仅是显示器，只要是多个线程向任何一种文件写入数据，都有可能发生这种情况。

那么我们可以看到，线程对于公开资源的使用其实是需要我们控制的，因为你也不想发现程序执行完后，明明逻辑写的对的，但是一打开文件、发现写的数据都是乱七八糟的吧？而线程的控制方法，就是线程的互斥和同步，这一点我们后面再说。

回收线程

由于线程有其独立的内核数据结构，而内核数据结构是实打实存在于内存当中的，因此如果当线程结束后，没有对线程进行回收，这个内核数据结构就会一直存在于内存当中，造成内存泄漏，这个道理和进程回收很像。

那么为什么线程不会自动回收呢？这是因为我们的线程在结束之后是会有返回值的，这个返回值可以被用户所使用，因此操作系统不敢自动回收线程，因为操作系统也不确定我们用户到底用不用这个返回值，也不确定我们何时用线程的返回值。因此操作系统就只好一直帮助我们保存。直到用户主动回收为止。

那么线程回收的函数是什么？

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

• thread：pthread_t类型的参数，即我们想要回收的线程的线程描述符
• retval：输出型参数，还记的我们线程的入口函数，其返回值是void*的吧？这个retval就是接收线程的返回值的。

如果pthread_join正常回收，其返回值为0，若pthread_join回收异常，则返回值为非0。但是博主在linux环境下没有找到引起pthread_join回收失败返回值为非0的情况。因为大部分时候如果线程出现了错误，进程就直接被杀死了。那么博主就不试了。

要注意，pthread_join会引起进程阻塞，而且线程不能自己回收自己，否则会造成deadlock（死锁），因为线程回收自己，会导致阻塞，而线程自己阻塞了，就永远无法结束，也就无法回收了，不能回收又会一直阻塞……（俄罗斯套娃）

关于回收，我们先简单认识这个函数，线程到底如何回收会更好？这一点我们后面再说。

话不多说，直接上例子。

void* routine1(void*arg)
{thread* obj=static_cast<thread*>(arg);//将void*类型转换成thread*obj->Excute();return (void*)10;
}

我们接着用上面使用过的代码，但是将其改造了一下，routine1的返回值从nulllptr变成了arg。

int main()
{pthread_t tid;thread* objptr=new thread("thread-1",11,26);pthread_create(&tid,nullptr,routine1,(void*)objptr);void* threadret=nullptr;int n=pthread_join(tid,&threadret);if(n==0) std::cout<<"回收tid："<<tid<<"成功"<<std::endl;unsigned long ret=(unsigned long)threadret;std::cout<<ret<<std::endl;return 0;
}

在主线程当中，我们用void**类型的参数接收routine1函数的返回值，并且将其转换成unsigned long类型的变量。由于我们将其以void*类型返回了，因此要转换成unsigned long之后，才能看到返回值10。

接下来我们编译并运行。

可以发现确实能将线程回收，而且routine1当中的返回值确实是能通过pthread_join获得。

通常情况下，回收线程的工作都是交给主线程来完成，如果主线程结束，那么其他线就会继续运行，因此大部分情况下，主线程一定会比其他线程晚退出。

detach

由于主线程在回收线程时，需要阻塞等待待回收的线程结束，那么如果线程直接没有结束，那么主线程就会一直等待，这可能不是你想要的代码逻辑，那么有没有办法让主线程等待线程时，不阻塞等待。

线程有两种状态，其中一种是joined，也是我们创建新线程的默认状态，还有一种叫做detach。我们可以使用函数pthread_detach使线程进入detach状态，当线程处于detach状态下，对于该线程的回收操作将会失效。

int pthread_detach(pthread_t thread);

这个函数就不展示用例，我们向pthread_detach函数，传入线程标识符thread，thread就会进入detach状态。处于detach状态的线程，会在线程退出后，自动被操作系统回收。如果我们尝试用pthread_join回收detach状态下的线程，那么pthread_join只会返回一个非0的值，说明回收线程的操作失败了。detach的线程是不会被其他线程回收的。

线程退出

线程的退出方法有两种，一种是直接在线程的执行函数当中return，这个方法我们一直在前面的例子当中使用，因此不多bb。

第二种方法是在线程的执行函数使用pthread_exit函数。该函数原型如下：

void pthread_exit(void *retval);

• retval：线程结束的返回值，在主线程当中可以使用pthread_joined接收到该返回值。

我们可以在线程的任意一个执行位置使用pthread_exit。当线程执行到该位置时，就会直接退出，这是和return结束线程不一样的地方，pthread_exit可以在任意的位置退出，即使线程处于调用中的函数。

void thread_to_do()
{std::cout<<"线程正在执行thread_todo"<<std::endl;//如果真推出了，显示器打印的信息只有这个pthread_exit((void*)10);
}void* routine1(void*arg)
{thread_to_do();std::cout<<"线程从thread_todo执行回来"<<std::endl;//如果没有退出，那么还会打印这个信息return (void*)10;
}

我们让线程在执行thread_to_do函数，接着在thread_to_do函数当中调用pthread_exit函数，如果真如我们所言，pthread_t能让线程无论在执行任何函数时，都能无视函数栈帧直接退出，那么屏幕上只会打印出“线程正在执行……”。而不会打印后面的信息。

那么有人可能会这么觉得，我们使用exit()函数是不是也能让线程退出呢？这句话对，但也不对，对是因为当线程执行到exit时，确实会退出，但是不对的地方在于，不仅仅执行exit()函数的线程会退出，进程中所有的一切线程，也会随之退出。因此exit其实是不能作为线程退出来使用的，因为它本身的作用是让进程退出，而非线程。因此在程序当中使用exit函数时，一定要注意你退出的要是进程还是线程。

pthread_cancel

严格来说，pthread_cancel函数并不属于线程退出，而是将一个特定的线程直接删除，被删除的线程需要被回收，一般这个工作都是让主线程来完成。我们先来看看pthread_cancel的函数原型。

int pthread_cancel(pthread_t thread);

• thread：这是一个pthread_t类型的参数，即线程标识符，删除thread对应线程标识符的线程。

这个功能很简单，但是我们有一个问题是要解决的，那就是被删除的线程不是要回收吗？那么回收不就是能接收到线程的返回值，那么它的返回值是多少呢？

void* routine1(void*arg)
{thread* obj=static_cast<thread*>(arg);//将void*类型转换成thread*while(true){obj->Excute();sleep(1);}return (void*)10;
}int main()
{pthread_t tid;thread* objptr=new thread("thread-1",11,26);pthread_create(&tid,nullptr,routine1,(void*)objptr);sleep(1);pthread_cancel(tid);//将tid对应的线程删除sleep(5);void* threadret=nullptr;int n=pthread_join(tid,&threadret);if(n==0) std::cout<<"回收tid："<<tid<<"成功"<<std::endl;long ret=(long)threadret;std::cout<<ret<<std::endl;return 0;
}

运行结果为：

pthread_cancel结束的进程，其返回值为PTHREAD_CANCELED;这是一个宏，我们可以找到这个宏定义。

也就是说，只要被pthread_cancel结束的线程，其返回值只会是-1。