1. linux线程的概念

众所周知，进程是计算机分配资源的最小单位，线程是计算机资源调度的最小单位。一个进程中可以有多个线程，但只有一个主线程。
在linux操作系统中，并不存在真正意义上的线程，而是轻量级进程（LWP）。

1.1 线程描述

在linux中，线程使用task_struct结构来描述，工作线程拷贝主线程的task_struct结构，然后共用主线程的mm_struct。其中，pid表示线程id，tgid表示线程组id，对于主线程来说，pid与pgid是一样，平时我们看到的进程id即为线程组id。
Untitled Diagram.drawio.png
获取线程id与主线程id：

用户态 系统调用 mm_struct对应的值
线程id pid_t gettid(void) pid_t pid
进程id pid_t getpid(void) pid_t tgid

1.2 线程栈

主线程与工作线程共用一个mm_struct结构，在线程压栈时必然会导致栈混乱问题，那么如何解决呢？linux中是根据mm_struct结构中的共享区来实现的，线程压栈实际上是向各自的共享区压栈。每个线程在共享区所占用的大小默认为8M。

1.3 多线程优点

  • 线程之间可以共享内存空间
  • 创建线程的时间少于创建进程的时间
  • 销毁线程的时间少于销毁进程的时间
  • 线程上下文切换的消耗低于进程切换的消耗
  • 线程间通信比进程间通信方便

  • 可以充分利用多核cpu的并发能力。（线程数并不是越多，处理效率越高）

    1.4 多线程缺点

  • 降低程序的健壮性

  • 多线程程序出现问题难以定位、排查。

    2. 创建线程

    2.1 API

    创建线程的API函数声明如下： ```cpp

    include

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

  1. 参数详解：
  3.    1. thread：该参数是出参，函数调用成功之后返回线程id。
  4.    1. attr：线程属性，用来定制线程的属性，如：栈的大小、调度策略等。若无特殊需求，可以为`NULL`。
  5.    1. start_routine：线程函数，为一函数指针，线程创建成功后去执行的函数。
  6.    1. arg：线程函数参数，即定义向新线程传递的参数。
  7.    1. 返回值：0表示成功，返回其他表示失败。
  9. 错误码及描述：
  11. | 错误码 | 描述 |
  12. | --- | --- |
  13. | EAGAIN | 系统资源不够，或者创建线程的个数超过系统对一个进程中线程总数的限制 |
  14. | EINVAL | 第二个参数attr值不合法 |
  15. | EPERM | 没有合适的权限来设置调度策略或参数 |
  17. <a name="A3blX"></a>
  18. #### 2.2 线程ID及进程地址空间
  19. 获取本线程id的函数如下：
  20. ```cpp
  21. #include <pthread.h>
  22. pthread_t pthread_self(void);    // 用于线程执行过程中获取自己的线程id
  1. 比较是否是同一线程：
  1. #include <pthread.h>
  2. int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
  4. // 返回0表示为同一线程，反之则表示为不同线程
  5. // 要比较的两个线程应该为同一线程组里的线程。

调用pthread_create函数创建线程时，首先会为线程分配栈空间，此栈空间就位于共享区内，调用mmap函数分配完栈空间后，返回线程id，线程id对应的便是栈空间的地址。本质上，线程id是一个内存地址。其实际的对应关系如下：
Untitled Diagram.drawio (1).png

2.3 注意

  • 线程id是进程地址空间中的一个地址，因此同一进程内的两个线程比较才有意义。
  • 线程id有可能会被复用

    2.4 示例

    ```cpp

    include

void thread_func(void arg) { int param = (int )arg;

  1. printf("工作线程运行，线程id:%u, 线程参数:%d \n", pthread_self(), *param);
  3. return NULL;

}

int main () { pthread_t tid_main = pthread_self();

  1. printf("主线程id:%u \n", tid_main);
  3. pthread_t tid_work;
  4. int i = 1;
  5. int result = pthread_create(&tid_work, NULL, thread_func, &i);
  7. pthread_join(tid_work, NULL);
  9. return 1;

}

// 编译命令：g++ -o thread_create thread_create.cpp -lpthread

  1. <a name="nSW7o"></a>
  2. ### 3. 线程退出
  3. 线程退出，进程不退出的方法有：
  5.    - 线程函数调用`return`返回
  6.    - 线程函数调用`pthread_exit()`
  7.    - 其他线程调用`pthread_cancel()`
  8. <a name="wFqZq"></a>
  9. #### 3.1 pthread_exit
  10. 函数原型如下：
  11. ```cpp
  12. #include <pthread.h>
  13. void pthread_exit(void *retval);
  15. // retval:为返回参数,不能使用临时变量，可使用全局变量、堆上开辟的地址、字符串字面值。
  16. // 线程函数调用其他函数时，在其他函数中调用pthread_exit也会导致线程退出。

3.2 pthread_cancel

函数原型如下：

  1. #include <pthread.h>
  2. int pthread_cancel(pthread_t thread);
  4. // thread:要结束的线程的线程id，可以“自杀”
  5. // 返回值：0:成功  ESRCH:该线程未找到。

3.3 注意事项

  • 进程内任一线程调用exit()函数，都会导致进程退出，从而导致所有线程退出
  • 主线程调用return,进程退出，也会导致所有线程退出

    4. 线程等待

    4.1 函数声明

    线程等待退出函数声明如下： ```cpp

    include

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

// thread:要等待线程的线程id // retval:线程结束后的返回值 // 返回值: 0:成功 ESRCH 传入的线程ID不存在，查无此线程 EINVAL 线程不是一个joinable线程 EDEADLK 死锁，如自己等待自己

  1. <a name="k3QPV"></a>
  2. #### 4.2 线程等待的原因
  3. 如果不调用`pthread_join`等待线程，会造成资源无法释放。所谓资源是什么：
  5.    - 创建线程时开辟的栈空间，其内存没有被释放，仍在进程地址空间中
  6.    - 新创建的线程无法复用已经不用的资源。
  8. 调用`pthread_join`之后，系统并不会马上释放栈空间，因为若频繁创建、销毁线程，频繁调用mmap、munmap会很浪费效率，因此操作系统会将已经不用的栈空间存入链表，当下次创建新线程时，从链表中寻找合适的内存即可。
  9. <a name="M0n90"></a>
  10. ### 5. 线程分离
  11. 大多数情况下，我们使用`pthread_join`是为了获取线程的退出状态，同时回收线程资源，若有一些线程我们不关心其执行结果，那么调用`pthread_join`便成为了一种负担，此时便会用到线程分离。<br />何为线程分离？经过分离操作后的线程，会自动释放线程资源，无需使用`pthread_join`进行释放。
  12. <a name="aP9aJ"></a>
  13. #### 5.1 函数声明
  14. ```cpp
  15. #include <pthread.h>
  16. int pthread_detach(pthread_t thread);
  18. // thread:待分离线程的id
  19. // 返回值：0：成功
  20.            ESRCH    传入线程的ID不存在，无此线程
  21.            EINVAL    线程不是一个joinable线程，已经处于分离状态
  1. 线程分离操作既可以由线程自己实施，也可以由其他线程实施。