[Linux]多线程（二）原生线程库---pthread库的使用

[Linux]多线程（二）原生线程库---pthread库的使用
@水墨不写bug

文章目录

一、pthread原生线程库的使用
- [1. pthread_create](#1. pthread_create)
- 全面的看待线程返回值
- [2. pthread_join](#2. pthread_join)
- [3. pthread_exit](#3. pthread_exit)
- 对比理解线程退出？
- 理解线程分离？
- [4. pthread_detach](#4. pthread_detach)
- [5. 互斥锁（Mutex）函数](#5. 互斥锁（Mutex）函数)
- - pthread_mutex_init
  - [pthread_mutex_lock / pthread_mutex_unlock](#pthread_mutex_lock / pthread_mutex_unlock)
  - pthread_mutex_destroy
- [6. 条件变量（Condition Variable）函数](#6. 条件变量（Condition Variable）函数)
- - pthread_cond_init
  - pthread_cond_wait
  - [pthread_cond_signal / pthread_cond_broadcast](#pthread_cond_signal / pthread_cond_broadcast)
- [7. 线程属性函数](#7. 线程属性函数)
- - [pthread_attr_init / pthread_attr_destroy](#pthread_attr_init / pthread_attr_destroy)
  - 设置分离状态
- 其他函数
- C++11的线程库是对pthread原生线程库的封装

一、pthread原生线程库的使用

1. pthread_create

作用：创建新线程。
函数原型：
c 复制代码
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), void *arg);
参数：

thread：输出型参数，存储新线程的标识符（pthread_t类型）。

attr：线程属性（如栈大小、分离状态），若为NULL则使用默认属性。

start_routine：线程入口函数，必须为void* (*)(void*)类型。

arg：传递给入口函数的参数（void*类型）；

全面的看待线程返回值

传递进来的参数并不一定是一个，也可以是一个ThreadData类，提前在这个类中设置好要使用的参数，那么我们就可以给新线程传递多个参数，甚至方法了！！把这个类当做一个用于线程传参的辅助类。

以及新线程执行的函数的返回值也可以是一个类：ThreadResult，把这个类看做是用于传递返回值的辅助类。 在主线程创建一个ThreadResult* 的对象tr，(void* *)&tr 即可获取返回值。

此外，主线程的传递给新线程的参数最好是堆区创建的变量：

如果是栈区的变量，创建第二个线程如果还用这个变量，也会对第一个新线程产生影响

如果是堆区的变量，那么传递给新线程之后，就相当于把这个堆区指针交给新线程维护了

返回值：

成功返回0，失败返回错误码（非errno，需用strerror转换）。

注意事项：

线程创建后立即执行，需同步共享数据。

确保传递的arg指针在子线程中有效（避免悬垂指针）。

默认创建的线程是"可连接的"（需要pthread_join回收资源）。

如何创建多线程？

通过循环，但是要注意，需要每次都从堆区新申请空间，而不能使用栈区空间：
例子一：

例子二：

2. pthread_join

一旦我们通过pthread_create 创建了一个线程，这个线程与主线程谁先执行是不确定的（因为线程复用的进程的调度算法，父子进程谁先执行是不确定的 ），但是一般我们希望主线程最后退出，因为主线程需要回收新线程的资源；如果给新线程安排的任务没有完成主线程就退出了，那么新线程也一并退出（这种情况不可能出现，因为新线程的任务必须要完成）。新线程需要主线程调用pthread_join回收。
作用：等待线程终止，并回收其资源。
函数原型：
c 复制代码
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 
参数：

thread：目标线程的标识符。

retval：输出参数，接收线程的返回值（若为NULL则忽略返回值）。
retval是二级指针的原因是新线程的返回值是void* 类型的指针，如果想要通过传参获取这个返回值，就需要void* 的地址，也就是void**。

返回值：

成功返回0，失败返回错误码。

注意事项：

只能对非分离（joinable）线程调用，否则返回EINVAL。

调用这个函数调用线程会阻塞，直到目标线程终止。

必须调用pthread_join或pthread_detach避免资源泄漏，否则会出现类似于僵尸进程的线程数据结构未被释放。

3. pthread_exit

作用：终止当前线程，并传递返回值。
函数原型：
c 复制代码
void pthread_exit(void *retval); 
参数：

retval：线程的返回值（可为NULL）。

注意事项：

主线程调用pthread_exit不会终止进程，其他线程继续运行。

若线程未分离，返回值需由其他线程通过pthread_join获取。

不要在线程中返回指向局部变量的指针（栈内存会被销毁回收）。

对比理解线程退出？

在了解线程之前，我们知道的进程退出的方法有：1、return 2、exit()。

但是在有了线程的概念之后，我们需要读线程进行更加细致的区分。以及对于线程退出，pthread库提供了多个方法。

1、return退出

主线程return就是进程结束；新线程return代表这个线程退出，返回的就是void* 类型的指针。

2、调用C库函数exit()退出

主线程和新线程都一样，只要调用eixt函数，代表整个进程退出。

3、调用pthread库函数pthread_exit()退出

对于新线程而言，调用pthread_exit就相当于return，并且pthread_eixt参数也和return的返回值相同，也是void* 指针。

对于主线程而言，调用pthread_exit函数，如果新线程没有退出，则阻塞等待新线程退出；如果新线程已经退出，则直接退出。

4、被pthread_cancel取消

c 复制代码

int pthread_cancel(pthread_t thread);

一般通过主线程取消其他线程（用其他线程取消主线程，主线程退出，其他线程一并退出，这个结果是未定义的）。如果一个线程被取消了，那么这个线程的返回值是-1,这代表什么意思？

在pthread库中，定义了PTHREAD_CANCELED宏:

c 复制代码

#define PTHREAD_CANCELED ((void*)-1)

这个宏标识了被取消的线程是通过pthread_cancel取消结束的。

运行结果：

理解线程分离？

如果一个线程不想被主线程回收，可以调用pthread_detach（pthead_self（））或者主线程调用pthread_detach（新线程tid）。调用之后，这个线程还是属于进程内部，但是主线程可以专注于做自己的事情，而不再需要回收新线程。新线程调用之后，执行完之后直接退出并回收资源。

而一个分离的线程如果出错，OS仍然是向进程发送信号，让整个进程退出。

4. pthread_detach

作用：将线程标记为分离状态，线程终止后自动释放资源。
函数原型：
c 复制代码
int pthread_detach(pthread_t thread); 
参数：

thread：目标线程的标识符。

返回值：

成功返回0，失败返回错误码。

注意事项：

分离线程无法再被pthread_join。

可在线程内部调用pthread_detach(pthread_self())自我分离。

5. 互斥锁（Mutex）函数

作用：保护共享资源，防止竞态条件。

pthread_mutex_init
c 复制代码
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr); 
初始化互斥锁，attr为属性（NULL表示默认）。

pthread_mutex_lock / pthread_mutex_unlock
c 复制代码
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); 
加锁（阻塞）和解锁。

pthread_mutex_destroy
c 复制代码
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 
销毁互斥锁，释放资源。

注意事项：

静态初始化可用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。

确保每次加锁后解锁，避免死锁。

锁的持有时间应尽量短，减少性能影响。

6. 条件变量（Condition Variable）函数

作用：线程间通知机制，需与互斥锁配合使用。

pthread_cond_init
c 复制代码
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr); 
初始化条件变量。

pthread_cond_wait
c 复制代码
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); 
释放mutex并等待条件变量，被唤醒后重新获得锁。

pthread_cond_signal / pthread_cond_broadcast
c 复制代码
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);  // 唤醒至少一个线程 int
pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); // 唤醒所有线程 
注意事项：

使用循环检查条件，防止虚假唤醒。

调用pthread_cond_wait前必须持有mutex。

7. 线程属性函数

作用：设置线程属性（如分离状态、栈大小）。

pthread_attr_init / pthread_attr_destroy
c 复制代码
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 
初始化和销毁属性对象。

设置分离状态
c 复制代码
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); 
创建线程时直接设置为分离状态。

其他函数

pthread_self()：获取当前线程ID。

pthread_equal(t1, t2)：比较线程ID是否相等。

C++11的线程库是对pthread原生线程库的封装

在不同的语言中，可能会有不同的线程库，在Linux下，不同线程库都是对原生线程库的封装。而C++也不例外，在C++11引入的thread库是对pthread库的封装。

完~
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