POSIX 线程的创建与退出

前言

创建线程：

pthread_create()

退出线程：

pthread_exit()return
pthread_cancel()

线程的创建

使用多线程，首先就需要创建一个新线程。那么线程是如何被创建的呢，是用下面这个函数创建的。

#include <pthread.h>

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

//Compile and link with -pthread

创建函数的四个参数的意义分别如下：

thread ：用来返回新创建的线程的 ID，这个 ID 就像身份证一样，指定了这个线程，可以用来在随后的线程交互中使用。

attr   : 这个参数是一个 pthread_attr_t 结构体的指针，用来在线程创建的时候指定新线程的属性。如果在创建线程时，这个参数指定为 NULL, 那么就会使用默认属性。

start_routine ：这个就是新线程的入口函数，当新线程创建完成后，就从这里开始执行。

arg ：arg 参数就是要传递给 start_routine 的参数。

返回值：如果函数执行成功，则返回 0，如果执行失败，则返回一个错误码。

错误码：

    EAGAIN ：资源不足以用来创建一个新的线程，或者是达到了系统对线程数量的限制，请参考 setrlimit() 和 /proc/sys/kernel/threads-max
    EINVAL ：不可用的 attr
    EPERM  ：没有权限设置 attr 中的一下属性或者执行时序策略。

下面就是调用 pthread_create() 函数创建线程的一个例子：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

void *
thread_start(void *arg) {
    if(NULL == arg) {
        printf("[%u] : arg is NULL\n", (unsigned int)pthread_self());
        return NULL;
    }
    char * p = (char*)arg;
    printf("[%u] : arg = [%s]\n", (unsigned int)pthread_self(), p);

    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t pt;
    int errn = pthread_create(
        &pt,         //用来返回新创建的线程的 ID
        NULL,        //使用默认的线程属性
        thread_start,//新线程从这个函数开始执行
        "hello");    //传递给新创建的线程的参数

    if( != errn) {
        printf("error happend when create pthread, errno = [%d]\n", errn);
        if(EAGAIN == errn) {
            printf("Insufficient  resources\n");
        } else if (EINVAL == errn) {
            printf("Invalid settings in attr\n");
        } else if (EPERM == errn)  {
            printf("No permission\n");
        } else {
            printf("An error number that unexpected [%d], when create pthread\n", errn);
        }

        return -;
    } else {
        printf("create thread success, threadid : [%u]\n", (unsigned int)pt);
    }
    void *r = NULL;
    errn = pthread_join(pt, &r);
    if( != errn) {
        printf("error happend when join, errno = [%d]\n", errn);
        if(EDEADLK == errn) {
            printf("A  deadlock  was  detected; or thread specifies the calling thread\n");
        } else if (EINVAL == errn) {
            printf("thread is not a joinable thread, or Another thread is already waiting to join with this thread\n");
        } else if (ESRCH == errn) {
            printf("No thread with the ID thread could be found\n");
        } else {
            printf("An error number that unexpected [%d], when join\n", errn);
        }
        return -;
    } else {
        printf("thread [%u] over\n", (unsigned int)pt);
    }

    return ;
}

接下来编译并运行，看看结果：

gcc -g -c -o pthread_create.o pthread_create.c -Wall -I./
gcc -g -o pthread_create pthread_create.o -Wall -I./ -lpthread

create thread success, threadid : []
[] : arg = [hello]
thread [] over

看起来执行成功了。下面再来看看一个线程的退出过程。

线程的退出

从上面的例子中，我们也可以看出，线程的入口，也就是一个函数，函数可以使用 return 进行退出， 那么在线程中，也是通过 return 进行退出的吗？ 答案是，可以使用 return ，但是如果希望线程在退出的时候， 能够执行更多的动作，就不能使用 return 直接退出了，那么该怎样退出呢，可以使用 pthread_exit() 函数， 或者使用pthread_cancel() 函数。

这两个函数的原型如下：

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);   //向指定的线程发送取消请求
void pthread_exit(void *retval);        //结束调用者线程

//Compile and link with -pthread

使用 pthread_exit() 退出线程

pthread_exit() 函数会结束当前进程。如果当前线程是可以被 join 的，则会通过参数 retval 返回一个值给同一个进程里面的另一个使用pthread_join(3) 函数的线程。

所有使用pthread_cleanup_push(3)函数压入栈的清理函数，都会被弹出并调用， 调用顺序是入栈时的反向顺序。如果线程有什么特别指定的数据，那么在所有的清理函数执行结束后， 会有适当的函数被调用，来析构这些数据，调用顺序不固定。

当一个线程终止后，进程内共享的资源（例如互斥信号量、条件变量、信号量以及文件描述符） 不会被释放。并且使用atexit(3)函数注册的函数也不会被调用。

当进程内的最后一个线程终止后，进程也就终止了，就像调用了exit(3)函数一样，并且参数是0. 这时候，进程内的共享资源就会被释放，并且使用 atexit(3) 函数注册的函数， 也会被调用。

下面来看一下 pthread_exit() 函数的一个例子：

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

void handlers(void *arg) {
    if(NULL != arg) {
        printf("%s() : [%s]\n", __func__, (char*)arg);
    } else {
        printf("%s()\n", __func__);
    }
}

void *
thread_start(void *arg) {
    printf("hello, this is thrad [%u]\n", (unsigned int)pthread_self());
    pthread_cleanup_push(handlers, "one");
    pthread_cleanup_push(handlers, "two");
    pthread_cleanup_push(handlers, "three");

    //注意，这里执行了 pthread_exit() 函数
    pthread_exit("he~he~");

    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();

    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t pt;
    int errn = pthread_create(&pt, NULL, thread_start, NULL);

    if( != errn) {
        printf("error [%d], when create pthread\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("create thread success, threadid : [%u]\n", (unsigned int)pt);
    }
    void *r = NULL;
    errn = pthread_join(pt, &r);
    if( != errn) {
        printf("error happend when join, errno = [%d]\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("thread [%u] over\n", (unsigned int)pt);
    }
    if(NULL != r) {
        printf("thread return : [%s]\n", (const char*)r);
    }

    return ;
}

编译并运行：

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

void handlers(void *arg) {
    if(NULL != arg) {
        printf("%s() : [%s]\n", __func__, (char*)arg);
    } else {
        printf("%s()\n", __func__);
    }
}

void *
thread_start(void *arg) {
    printf("hello, this is thrad [%u]\n", (unsigned int)pthread_self());
    pthread_cleanup_push(handlers, "one");
    pthread_cleanup_push(handlers, "two");
    pthread_cleanup_push(handlers, "three");

    //注意，这里执行了 pthread_exit() 函数
    pthread_exit("he~he~");

    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();

    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t pt;
    int errn = pthread_create(&pt, NULL, thread_start, NULL);

    if( != errn) {
        printf("error [%d], when create pthread\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("create thread success, threadid : [%u]\n", (unsigned int)pt);
    }
    void *r = NULL;
    errn = pthread_join(pt, &r);
    if( != errn) {
        printf("error happend when join, errno = [%d]\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("thread [%u] over\n", (unsigned int)pt);
    }
    if(NULL != r) {
        printf("thread return : [%s]\n", (const char*)r);
    }

    return ;
}

使用 return 退出线程

先来看一个使用 return 退出线程的例子：

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

void *
thread_start(void *arg) {
    printf("hello, this is thread [%u]\n", (unsigned int)pthread_self());

    return "ok";
}

int main() {
    pthread_t pt;
    int errn = pthread_create(&pt, NULL, thread_start, NULL);

    if( != errn) {
        printf("error [%d], when create pthread\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("create thread success, threadid : [%u]\n", (unsigned int)pt);
    }
    void *r = NULL;
    errn = pthread_join(pt, &r);
    if( != errn) {
        printf("error happend when join, errno = [%d]\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("thread [%u] over\n", (unsigned int)pt);
    }
    if(NULL != r) {
        printf("thread return : [%s]\n", (const char*)r);
    }

    return ;
}

编译并运行：

gcc -g -c -o pthread-return.o pthread-return.c -Wall -I./
gcc -g -o pthread-return pthread-return.o -Wall -I./ -lpthread

./pthread-return
create thread success, threadid : []   //主线程打印的信息
hello, this is thread []               //新创建的线程打印的信息
thread [] over                         //主线程打印的信息
thread return : [ok]                            //主线程打印的信息，其中[ok]为新创建的线程打印的信息

既然 return 和 pthread_exit() 函数都是结束线程，并返回数据，那么它们之间的区别是什么呢？

区别就在于，使用 return 退出线程的时候，不会执行线程使用 pthread_cleanup_push(3) 注册的清理函数。 可以再写一个例子，看看效果。

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

void handlers(void *arg) {
    if(NULL != arg) {
        printf("%s() : [%s]\n", __func__, (char*)arg);
    } else {
        printf("%s()\n", __func__);
    }
}

void *
thread_start(void *arg) {
    printf("hello, this is thrad [%u]\n", (unsigned int)pthread_self());
    pthread_cleanup_push(handlers, "one");
    pthread_cleanup_push(handlers, "two");
    pthread_cleanup_push(handlers, "three");

    //注意，这里执行了 return
    return "he~he~";

    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();
    pthread_cleanup_pop();

    return "ok";
}

int main() {
    pthread_t pt;
    int errn = pthread_create(&pt, NULL, thread_start, NULL);

    if( != errn) {
        printf("error [%d], when create pthread\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("create thread success, threadid : [%u]\n", (unsigned int)pt);
    }
    void *r = NULL;
    errn = pthread_join(pt, &r);
    if( != errn) {
        printf("error happend when join, errno = [%d]\n", errn);
        return -;
    } else {
        printf("thread [%u] over\n", (unsigned int)pt);
    }
    if(NULL != r) {
        printf("thread return : [%s]\n", (const char*)r);
    }

    return ;
}

编译并运行：

gcc -g -c -o pthread-return.o pthread-return.c -Wall -I./
gcc -g -o pthread-return pthread-return.o -Wall -I./ -lpthread

./pthread-return
create thread success, threadid : []
hello, this is thrad []
thread [] over
thread return : [he~he~]

可以看出，确实没有执行清理函数，为什么呢？

因为pthread_cleanup_push(3) 和 pthread_cleanup_pop() 是使用宏实现的。 在 pthread_cleanup_push() 和 pthread_cleanup_pop() 之间，是一个大个的 do{}while(0)， 遇到 return 当然就直接退出啦。 具体的实现方式请看这里， 因为本文只讲述一下线程的创建和退出， 所以 pthread_cleanup_push 和 pthread_cleanup_pop 的说明放在其它地方了。

使用 pthread_cancel() 退出线程

先看一下函数原型：

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

//Compile and link with -pthread.

其中的 thread 参数就是目的线程的线程ID

pthread_cancel() 函数会给 thread 指定的线程发送一个取消请求。 至于目标线程是否以及合适对这个请求进行反应，则视目标线程的两个属性而定： 取消属性的 state 和 type

一个线程的取消属性的 state 由 pthread_setcancelstate(3) 函数来设置， 可以是 enabled （一个新创建的线程的默认方式就是 enabled）或者 disabled。 如果一个线程的取消属性设置了 disabled ，那么对着个线程发送的取消请求会一直存在， 直到线程恢复了取消属性的设置。如果一个线程的取消属性设置了 enabled ， 那么取消属性的 type 就由取消消息什么什么时候到来而决定了。

一个线程的取消类型（type）由 pthread_setcanceltype(3) 函数来设置。 可以是异步的，也可以是延缓的。异步取消属性的意味着线程任何时间都可以被取消 （通常是立即被取消，但操作系统不保证这一点）。延缓取消是说，取消操作会被延迟， 直到线程接下来的调用的函数是个取消点。在 pthreads(7) （Linux 命令行中执行 man 7 pthreads） 中列出的函数就是或者是取消点。

当一个取消请求起作用时，下面的步骤会按顺序发生。

• 1. 取消清理函数会被出栈并被执行。
• 1. 线程相关数据会被析构，顺序不确定。
• 1. 线程终止。

以上的步骤会异步的执行，pthread_cancel() 函数的返回状态会指出取消请求是否成功的发给了制定的线程。

在一个被取消的线程终止后，使用 pthread_join(3) 函数 join 时，会得到线程的结束状态为 PTHREAD_CANCELED 。 join 一个线程是知道这个取消操作是否完成的唯一方法。

下面是 man pthread_cancel 手册中的一段示例代码：

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

#define handle_error_en(en, msg) \
    do { errno = en; perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while ()

    static void *
thread_func(void *ignored_argument)
{
    int s;

    /*  Disable cancellation for a while, so that we don't
     *                immediately react to a cancellation request */

    s = pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE, NULL);
    if (s != )
        handle_error_en(s, "pthread_setcancelstate");

    printf("thread_func(): started; cancellation disabled\n");
    sleep();
    printf("thread_func(): about to enable cancellation\n");

    s = pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL);
    if (s != )
        handle_error_en(s, "pthread_setcancelstate");

    /*  sleep() is a cancellation point */

    sleep();        /*  Should get canceled while we sleep */

    /*  Should never get here */

    printf("thread_func(): not canceled!\n");
    return NULL;
}

    int
main(void)
{
    pthread_t thr;
    void *res;
    int s;

    /*  Start a thread and then send it a cancellation request */

    s = pthread_create(&thr, NULL, &thread_func, NULL);
    if (s != )
        handle_error_en(s, "pthread_create");

    sleep();           /*  Give thread a chance to get started */

    printf("main(): sending cancellation request\n");
    s = pthread_cancel(thr);
    if (s != )
        handle_error_en(s, "pthread_cancel");

    /*  Join with thread to see what its exit status was */

    s = pthread_join(thr, &res);
    if (s != )
        handle_error_en(s, "pthread_join");

    if (res == PTHREAD_CANCELED)
        printf("main(): thread was canceled\n");
    else
        printf("main(): thread wasn't canceled (shouldn't happen!)\n");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

编译并运行 ：

./pthread_cancel
thread_func(): started; cancellation disabled
main(): sending cancellation request
thread_func(): about to enable cancellation
main(): thread was canceled

同步地址：https://www.fengbohello.top/archives/linux-pthread-lifecycle