【Linux 编程】深入理解 POSIX 线程（pthread）核心接口与分离属性

在 Linux 系统编程中，多线程是实现并发编程的核心手段之一。POSIX 线程（pthread）库提供了一套完整的线程操作接口，掌握这些接口的使用方式和线程属性的配置，是编写高效、稳定多线程程序的基础。本文将详细讲解 pthread 核心函数接口，并重点分析线程的分离属性及其应用场景。

一、pthread 核心函数接口详解

1. pthread_create：创建线程

pthread_create是创建线程的核心函数，调用成功后会生成一个新的线程并执行指定的任务函数。

函数原型

c

运行

#include <pthread.h>

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

参数说明

• thread：指向pthread_t类型变量的指针，用于存储新创建线程的 ID；
• attr：线程属性配置，使用默认属性时传入NULL；
• start_routine：线程执行的函数入口，函数原型为void *(*)(void *)，接收一个void*参数并返回void*；
• arg：传递给线程函数start_routine的参数，需通过void*类型转换适配。

返回值

• 成功：返回 0；
• 失败：返回非 0 错误码（errno 不生效，需通过返回值判断）。

2. pthread_exit：终止线程

pthread_exit用于主动终止当前线程，可指定线程退出时的返回值，供其他线程获取。

函数原型

c

运行

void pthread_exit(void *retval);

参数说明

• retval：线程退出的返回值，类型为void*，可传递任意数据类型（需注意内存生命周期）。

注意事项

• 若主线程调用pthread_exit，主线程终止但子线程仍会继续执行；
• 线程函数执行完毕（return）等价于调用pthread_exit。

3. pthread_join：阻塞回收线程

pthread_join是线程的 "等待" 接口，用于阻塞等待指定线程结束，并回收其资源，同时可获取线程的退出状态。

函数原型

c

运行

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

参数说明

• thread：需要等待的目标线程 ID；
• retval：指向void*的指针，用于存储目标线程的退出返回值（即pthread_exit的retval）。

返回值

• 成功：返回 0；
• 失败：返回非 0 错误码。

核心作用

• 回收线程资源：避免 "僵尸线程"（线程结束后资源未释放）；
• 实现线程同步：主线程可通过pthread_join等待子线程执行完毕后再继续。

4. pthread_attr_init：初始化线程属性

pthread_attr_init用于初始化线程属性对象，将其设置为系统默认值，是配置线程属性的前置操作。

函数原型

c

运行

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

参数说明

• attr：指向pthread_attr_t类型的线程属性对象，需提前分配内存（如栈上声明）。

返回值

• 成功：返回 0；
• 失败：返回非 0 错误码。

5. pthread_attr_destroy：销毁线程属性

pthread_attr_destroy用于销毁已初始化的线程属性对象，释放其占用的资源。

函数原型

c

运行

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

参数说明

• attr：已初始化的线程属性对象。

返回值

• 成功：返回 0；
• 失败：返回非 0 错误码。

6. pthread_attr_setdetachstate：设置线程分离属性

pthread_attr_setdetachstate是线程属性配置的核心函数之一，用于设置线程的 "加入 / 分离" 属性。

函数原型

c

运行

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

参数说明

• attr：已初始化的线程属性对象；
• detachstate：线程分离状态，可选值：
  • PTHREAD_CREATE_DETACHED：分离属性；
  • PTHREAD_CREATE_JOINABLE：加入属性（默认值）。

返回值

• 成功：返回 0；
• 失败：返回非 0 错误码。

二、线程的分离属性深度解析

线程的分离属性（detachstate）决定了线程结束后资源的回收方式，是多线程编程中必须重点关注的属性。

1. 两种属性对比

表格

属性类型	核心特点	适用场景
加入属性（JOINABLE）	线程结束后需手动调用pthread_join回收资源；可获取线程退出状态；实现同步	需要等待线程执行结果的场景
分离属性（DETACHED）	线程结束后系统自动回收资源；无需调用pthread_join；无法获取退出状态	无需等待线程结果的后台任务

2. 关键注意事项

• 若线程为 JOINABLE 属性但未调用pthread_join，线程结束后会成为 "僵尸线程"，占用系统资源；
• 分离属性的线程调用pthread_join会返回错误（EINVAL）；
• 可通过pthread_detach函数在线程创建后动态设置分离属性（无需提前配置属性对象）。

三、实战示例：不同属性线程的创建与回收

示例 1：默认属性（JOINABLE）线程

c

运行

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// 线程函数
void *thread_func(void *arg) {
    int num = *(int *)arg;
    printf("线程 %d 执行中\n", num);
    // 线程退出，返回值为num+100
    pthread_exit((void *)(num + 100));
}

int main() {
    pthread_t tid;
    int arg = 1;
    void *retval;

    // 创建默认属性线程（JOINABLE）
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &arg);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_create failed");
        exit(1);
    }

    // 阻塞等待线程结束，回收资源并获取返回值
    ret = pthread_join(tid, &retval);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_join failed");
        exit(1);
    }
    printf("线程结束，返回值：%ld\n", (long)retval);

    return 0;
}

示例 2：分离属性（DETACHED）线程

c

运行

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// 线程函数
void *thread_func(void *arg) {
    int num = *(int *)arg;
    printf("分离线程 %d 执行中\n", num);
    // 分离线程无需返回值，系统自动回收
    sleep(2);
    printf("分离线程 %d 执行完毕\n", num);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    pthread_attr_t attr;
    int arg = 2;

    // 初始化线程属性
    int ret = pthread_attr_init(&attr);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_attr_init failed");
        exit(1);
    }

    // 设置分离属性
    ret = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_attr_setdetachstate failed");
        exit(1);
    }

    // 创建分离属性线程
    ret = pthread_create(&tid, &attr, thread_func, &arg);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_create failed");
        exit(1);
    }

    // 销毁属性对象
    pthread_attr_destroy(&attr);

    // 主线程等待子线程执行完毕（仅为演示，实际无需join）
    sleep(3);
    printf("主线程结束\n");

    return 0;
}

编译与运行

编译时需链接 pthread 库（-lpthread）：

bash

运行

gcc thread_demo.c -o thread_demo -lpthread
./thread_demo

四、总结

1. 核心函数 ：pthread_create创建线程、pthread_exit终止线程、pthread_join回收 JOINABLE 线程资源，pthread_attr_init/destroy用于线程属性的初始化与销毁；
2. 分离属性 ：JOINABLE 线程需手动pthread_join回收（可获取退出状态），DETACHED 线程由系统自动回收（无需 join）；
3. 使用原则：无需等待线程结果时优先使用分离属性，避免僵尸线程；需要同步或获取线程执行结果时使用 JOINABLE 属性。

掌握 pthread 核心接口和分离属性的使用，能有效提升多线程程序的稳定性和资源利用率，是 Linux 系统编程的必备技能。