线程等待

pthread_join()

pthread_join  是 Linux 系统中用于线程同步的重要函数，主要作用是等待指定线程结束并回收其资源。

基本功能

- 阻塞当前调用线程，直到目标线程执行结束。
- 回收目标线程的资源，避免产生“僵尸线程”。
- 可选地获取目标线程的返回值。

函数原型

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

-  thread ：需要等待的目标线程 ID（由  pthread_create  返回）。
-  retval ：用于存储目标线程的返回值（若不需要，可设为  NULL ）。
- 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 错误码。

使用示例

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>void *thread_func(void *arg) {printf("子线程执行\n");return (void *)100; // 子线程返回值
}int main() {pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);void *ret;pthread_join(tid, &ret); // 等待子线程结束，获取返回值printf("子线程返回值：%d\n", (int)ret);return 0;
}

注意事项

- 每个线程只能被  pthread_join  一次，多次调用会出错。
- 若不调用  pthread_join  且未设置线程分离（ pthread_detach ），线程结束后资源不会被回收，会成为僵尸线程。
- 若目标线程已结束， pthread_join  会立即返回并回收资源。

线程退出

方式1

return 

方式2

pthread_exit()pthread_exit  是 Linux 中用于线程退出的函数，定义在  <pthread.h>  头文件中，用于终止当前线程的执行并返回退出状态。

基本用法

- 函数原型： void pthread_exit(void *retval); 
- 参数  retval ：指向线程退出状态的指针，其他线程可通过  pthread_join  获取该值。
- 作用：终止调用线程，释放线程资源（但不会自动释放线程创建时分配的堆内存等，需手动管理）。

关键特点

- 仅终止当前线程：与  exit  不同， pthread_exit  只结束调用它的线程，不影响进程中其他线程的执行。
- 退出状态传递：通过  retval  传递的状态需为全局变量或动态分配的内存（避免栈内存被释放），否则其他线程可能获取到无效值。
- 与  return  的区别：在线程函数中使用  return  与  pthread_exit  效果类似，但  pthread_exit  更灵活（可在函数中任意位置调用）。

示例

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>void *thread_func(void *arg) {int *result = malloc(sizeof(int));*result = 100;pthread_exit(result); // 线程退出并返回结果
}int main() {pthread_t tid;void *ret;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);pthread_join(tid, &ret); // 获取线程退出状态printf("线程返回值：%d\n", *(int*)ret);free(ret); // 释放动态分配的内存return 0;
}

上述示例中，线程通过  pthread_exit  返回动态分配的结果，主线程通过  pthread_join  获取并释放内存。

方式3

pthread_cancel()（线程的取消）

pthread_cancel  是 Linux 中用于取消线程执行的函数，属于 POSIX 线程库（pthread）的一部分，其作用是请求终止指定的线程。

基本语法

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);

- 参数  thread ：目标线程的 ID（由  pthread_create  返回）。
- 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 错误码（如  ESRCH  表示线程不存在）。

核心特点

1. 请求而非强制终止
pthread_cancel  只是发送一个“取消请求”，并非立即终止线程。线程是否响应、何时响应，取决于其“取消状态”和“取消类型”。
2. 取消状态（可通过  pthread_setcancelstate  设置）
-  PTHREAD_CANCEL_ENABLE （默认）：线程允许响应取消请求。
-  PTHREAD_CANCEL_DISABLE ：线程忽略取消请求，直到状态改为允许。
3. 取消类型（可通过  pthread_setcanceltype  设置，仅当状态为允许时有效）
-  PTHREAD_CANCEL_DEFERRED （默认）：线程在“取消点”（如  sleep 、 read  等系统调用）处响应请求。
-  PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS ：线程立即响应请求（较少使用，可能导致资源未释放）。

注意事项

- 线程被取消后，资源（如锁、内存）需通过“线程清理函数”（ pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop ）释放，避免泄漏。
- 并非所有函数都是取消点，可通过  pthread_testcancel  主动检查取消请求（手动创建取消点）。

示例：通过  pthread_cancel  取消一个延迟响应的线程，需确保线程在取消点处被终止。

注意

线程间的通信不仅仅只可以交流传输字符串或整数

这段代码展示了如何在多线程中通过指针传递自定义对象（ Request  和  Response ），实现线程间的数据交互。主要功能是创建一个子线程，计算从  start_  到  end_  的整数和，并通过  Response  对象返回结果。

代码解析

1. 自定义类

-  Request ：封装线程的输入参数（计算范围  start_ / end_ 、线程名称  threadname_ ）。

-  Response ：封装线程的输出结果（计算总和  result_ 、状态码  exitcode_ ）。

2. 线程函数  sumCount 

- 接收  Request*  类型的参数，解析输入范围并循环计算总和。

- 每次循环打印当前进度（线程名+当前计算的数字），并通过  usleep(100000)  暂停0.1秒（方便观察过程）。

- 计算完成后，创建  Response  对象存储结果，释放  Request  资源，返回  Response* 。

3. 主线程  main 

- 创建  Request  对象并传入子线程，通过  pthread_create  启动线程。

- 调用  pthread_join  等待子线程结束，获取返回的  Response*  并打印结果，最后释放资源。

 class Request{public:Request(int start, int end, const string &threadname): start_(start), end_(end), threadname_(threadname){}public:int start_;int end_;string threadname_;};class Response{public:Response(int result, int exitcode):result_(result),exitcode_(exitcode){}public:int result_;   // 计算结果int exitcode_; // 计算结果是否可靠};void *sumCount(void *args) // 线程的参数和返回值，不仅仅可以用来进行传递一般参数，也可以传递对象！！{Request *rq = static_cast<Request*>(args); //  Request *rq = (Request*)argsResponse *rsp = new Response(0,0);for(int i = rq->start_; i <= rq->end_; i++){cout << rq->threadname_ << " is runing, caling..., " << i << endl;rsp->result_ += i;usleep(100000);}delete rq;return rsp;}int main(){pthread_t tid;Request *rq = new Request(1, 100, "thread 1");pthread_create(&tid, nullptr, sumCount, rq);void *ret;pthread_join(tid, &ret);Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);cout << "rsp->result: " << rsp->result_ << ", exitcode: " << rsp->exitcode_ << endl;delete rsp;return 0;}

线程及轻量化进程底层实现逻辑运用的是clone

clone 

 在 Linux 中， clone  是一个系统调用，主要用于创建新的进程（或线程），与  fork  相比，它提供了更精细的控制能力，可以指定新进程与父进程共享哪些资源。
 
clone  的核心特点

- 灵活的资源共享：通过参数可以指定新进程是否共享父进程的内存空间、文件描述符表、信号处理等资源。例如，创建线程时通常会共享内存空间，而创建独立进程时则不共享。
- 与  fork  的关系： fork  可以看作是  clone  的一种特殊情况（ clone  省略部分参数时的简化版）， fork  会复制父进程的几乎所有资源，而  clone  可按需共享。

主要用途

- 创建线程（如 POSIX 线程 pthread 底层可能使用  clone ，共享内存空间）。
- 创建具有特定资源共享策略的进程，满足特殊场景需求（如轻量级进程 LWP）。

简单来说， clone  是 Linux 中一个更底层、更灵活的进程/线程创建工具，通过控制资源共享粒度，适应不同的并发场景。

由于clone相对于用户而言使用过于复杂，因此 Clone被包装成库供用户使用,开发者将要调用的函数指针和栈区暴露出来给用户使用,由于操作系统要对线程进行管理，而线程共用一个动态库，因此副线程它主要存储在共享区，而主线程及进程它是存放在内核的主线程栈中

TCB

在 Linux 中，TCB（Thread Control Block，线程控制块） 是内核中用于管理线程状态的核心数据结构，类似于进程的 PCB（Process Control Block），但专门用于线程。

TCB 的主要作用

- 存储线程的基本信息，如线程 ID（TID）、状态（运行、就绪、阻塞等）。
- 记录线程的上下文（寄存器值、程序计数器等），用于线程切换时保存和恢复状态。
- 关联线程所属的进程（进程 PCB），以及线程组信息。
- 管理线程的栈指针、信号掩码、调度优先级等私有资源。

与 clone 的关系

当使用  clone  创建线程时（如指定  CLONE_THREAD 、 CLONE_VM  等标志），内核会为新线程创建一个 TCB，同时共享进程的部分资源（如内存空间）。TCB 是内核识别和调度线程的关键，确保每个线程能独立被调度，同时与同进程其他线程协作。

简单说，TCB 就是线程在内核中的“身份证”和“状态档案”，支撑线程的独立运行和管理。

TID

在 Linux 中，TID（Thread ID，线程 ID） 是用于唯一标识线程的编号，类似于进程的 PID（Process ID），但专门针对线程。

TID 的特点

- 唯一性：系统中每个线程都有一个唯一的 TID，即使是同一进程内的不同线程，TID 也互不相同。
- 与 PID 的关系：在 Linux 中，线程本质上是轻量级进程（LWP），因此 TID 在内核中与 PID 共享同一编号空间（即 TID 也是一个“进程 ID”，但属于线程级别的标识）。
- 线程组关联：同一进程的所有线程属于同一个线程组，线程组的领头线程（通常是进程创建的第一个线程）的 TID 等于进程的 PID。

作用

- 内核通过 TID 识别和调度不同的线程。
- 用户态可通过  gettid()  系统调用获取当前线程的 TID，用于线程管理、调试等场景（如  ps -T  命令可查看进程内的线程 TID）。

例如，一个进程包含 3 个线程，它们会有各自不同的 TID，但共享同一个进程 PID（等于领头线程的 TID）。

分散线程

Linux 中的分离线程（Detached Thread） 是一种特殊状态的线程，核心特点是：

- 线程结束后会自动释放资源（如栈、寄存器等），无需其他线程调用  pthread_join()  等待回收。
- 无法通过  pthread_join()  获取其退出状态。

主要用途

避免线程资源泄漏，适用于不需要等待其完成、也无需获取结果的场景（如后台日志打印、异步任务等）。

设置方式

1. 创建时指定：通过  pthread_attr_t  设置属性为  PTHREAD_CREATE_DETACHED 。
2. 创建后设置：调用  pthread_detach(pthread_t thread)  函数将线程转为分离状态。

分离线程的核心是自动回收资源，简化线程管理，避免手动回收的繁琐。

pthread_detach  是 POSIX 线程库中的一个函数，用于将指定线程设置为分离状态（detached）。

核心作用

让目标线程在结束时自动释放所有资源（如栈空间、线程描述符等），无需其他线程通过  pthread_join  来等待或回收。

函数原型

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);

- 参数  thread ：要设置为分离状态的线程 ID（由  pthread_create  返回）。
- 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 错误码（如线程不存在）。

使用场景

适用于不需要获取线程退出状态、也无需等待其完成的场景（例如后台服务线程、日志打印线程），避免资源泄漏。

注意点

- 线程一旦被分离，就无法再通过  pthread_join  获取其状态，调用会失败。
- 可在线程创建后立即调用（通常由主线程或线程自身调用），也可在创建时通过属性直接指定为分离状态（更高效）。

简单说， pthread_detach  就是“告诉系统：这个线程结束后自己收拾干净，不用别人管了”。  

线程私有化关键字__thread 

__thread  是 GCC 编译器（GNU C 扩展）提供的关键字，用于声明线程局部变量（Thread-Local Variables），实现线程空间私有化。它的作用是让变量在每个线程中拥有独立的副本，线程对变量的操作仅影响自身副本，不干扰其他线程。

主要特点

- 适用场景：主要用于 C/C++ 代码，需配合 GCC 编译器（或支持该扩展的编译器，如 Clang）。
- 生命周期：变量的生命周期与线程一致，线程创建时初始化，线程结束时自动销毁。
- 初始化限制：只能用常量初始化（不能用运行时动态计算的值）。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
// 声明线程局部变量，每个线程有独立副本
__thread int var = 0;void* thread_func(void* arg) {int id = *(int*)arg;var = id;  // 每个线程修改自己的副本printf("线程 %d 中的 var 值：%d\n", id, var);return NULL;
}int main() {pthread_t tid1, tid2;int id1 = 1, id2 = 2;pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, &id1);pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, &id2);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);return 0;
}

 输出会显示两个线程的  var  值分别为 1 和 2，互不干扰。

与  thread_local  的关系

C11 标准引入了  thread_local  关键字，作为线程局部变量的标准语法，功能与  __thread  类似。 __thread  是 GCC 的非标准扩展，而  thread_local  是跨编译器的标准实现（需编译器支持 C11 或 C++11 及以上标准）。在支持标准的情况下，更推荐使用  thread_local  以保证可移植性。