Linux线程编程
一、线程核心理论基础
1. 线程是什么？
- 定义：线程是进程内的执行单元，也被称为“轻量级进程”（Lightweight Process），隶属于某个进程，共享进程的资源（代码段、数据段、文件描述符等）。
- 核心作用：实现并发执行，将耗时任务拆分到多个线程并行处理，提升程序效率（如视频渲染、网络请求并发处理）。
2. 线程的核心特征
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 资源分配 | 进程是系统最小资源分配单位，线程不单独分配资源（共享进程资源） |
| 执行单位 | 线程是系统最小执行单位，CPU调度的基本对象 |
| 层级关系 | 进程内线程平级，默认存在一个“主线程”（main函数所在线程） |
| 资源共享 | 线程间共享进程的全局变量、静态变量、文件描述符等，仅栈区（8MB）独立 |
| 稳定性 | 线程不稳定：一个线程崩溃会导致整个进程退出；进程相对稳定，互不影响 |
| 创建开销 | 线程创建仅需开辟独立栈区（8MB），进程创建需分配3GB虚拟地址空间，开销更大 |
| 并发度 | 线程并发度高于进程，同一进程内线程切换无需切换地址空间，效率更高 |
3. 线程与进程的核心区别
| 对比维度 | 线程（Thread） | 进程（Process） |
|---|---|---|
| 资源分配 | 共享所属进程资源，无独立地址空间 | 独立地址空间，资源独立（代码段、数据段等） |
| 创建/切换开销 | 小（仅开辟栈区） | 大（分配完整地址空间） |
| 通信方式 | 直接访问共享变量，通信简单 | 需通过IPC（管道、消息队列等），通信复杂 |
| 稳定性 | 低（线程崩溃导致进程退出） | 高（进程间相互隔离） |
| 并发效率 | 高（线程切换无需地址空间切换） | 低（进程切换开销大） |
4. 线程编程核心流程（POSIX标准）
- 创建多线程：通过
pthread_create创建子线程，指定线程执行函数； - 线程任务执行：子线程在回调函数中完成具体任务（资源操作、计算等）；
- 线程资源回收：通过
pthread_join（阻塞回收）或pthread_detach（自动回收）释放线程资源，避免内存泄漏。
5. 关键线程函数详解
POSIX线程函数库（libpthread）提供了线程操作的核心接口，以下是常用函数说明：
| 函数原型 | 功能描述 |
|---|---|
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg) | 创建子线程 - thread：输出参数，存储新线程ID- attr：线程属性（默认NULL）- start_routine：线程回调函数（执行入口）- arg：回调函数参数- 返回值：成功0，失败返回错误码 |
pthread_t pthread_self(void) | 获取当前线程ID - 返回值：当前线程的ID（ unsigned long类型，打印用%lu） |
void pthread_exit(void *retval) | 子线程主动退出 - retval：线程退出状态（返回给主线程） |
int pthread_cancel(pthread_t thread) | 主线程取消指定子线程 - thread：目标线程ID- 返回值：成功0，失败返回错误码 |
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval) | 阻塞回收子线程资源 - thread：待回收线程ID- retval：接收子线程退出状态- 返回值：成功0，失败返回错误码 |
int pthread_detach(pthread_t thread) | 设置线程分离属性（退出后自动回收资源） - 无需主线程调用 pthread_join |
6. 线程查看命令
# 查看系统所有线程（PID：进程ID，LWP：线程ID，COMM：线程名称）ps-eLo pid,ppid,lwp,stat,comm# 查看线程详细信息（含CPU占用、内存等）ps-eLf二、实战代码解析（8个核心案例）
以下结合8个实战代码，从基础到进阶，逐步掌握线程编程技巧（所有代码需链接pthread库编译：gcc 文件名.c -o 文件名 -lpthread）。
案例01：创建多线程（01pthread.c）
功能：创建2个子线程，分别执行不同任务（发视频、接收控制）
#include<stdio.h>#include<pthread.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<string.h>// 线程1回调函数：发视频void*thread_function(void*arg){while(1){printf("发视频...\n");sleep(1);// 每隔1秒执行一次}returnNULL;}// 线程2回调函数：接收控制void*thread_function2(void*arg){while(1){printf("接受控制...\n");sleep(1);}returnNULL;}intmain(){pthread_tthread_id;// 线程1 IDpthread_tthread_id2;// 线程2 ID// 创建线程1pthread_create(&thread_id,NULL,thread_function,NULL);// 创建线程2pthread_create(&thread_id2,NULL,thread_function2,NULL);// 主线程阻塞（避免主线程退出导致子线程终止）while(1){sleep(1);}return0;}关键说明：
pthread_create参数：线程ID指针、默认属性（NULL）、回调函数、回调函数参数（NULL）；- 主线程需保持运行（
while(1)），否则主线程退出后，整个进程终止，子线程也会被销毁； - 编译命令：
gcc 01pthread.c -o 01pthread -lpthread； - 运行结果：两个子线程交替输出“发视频…”和“接受控制…”，实现并发执行。
案例02：获取线程ID（02pthread_self.c）
功能：通过pthread_self()获取主线程和子线程的ID
#include<stdio.h>#include<pthread.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>void*th1(void*arg){while(1){// 打印子线程1 ID（%lu对应unsigned long类型）printf("发视频...tid:%lu\n",pthread_self());sleep(1);}returnNULL;}void*th2(void*arg){while(1){printf("接受控制...tid:%lu\n",pthread_self());sleep(1);}returnNULL;}intmain(){pthread_ttid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);// 打印主线程IDwhile(1){printf("main tid:%lu\n",pthread_self());sleep(1);}return0;}关键说明：
pthread_self()无参数，返回当前线程的ID（类型为pthread_t，建议用%lu格式化输出）；- 运行结果：主线程和两个子线程分别输出各自的ID，可通过
ps -eLo lwp,comm验证线程是否存在。
案例03：线程退出（03pthread_exit.c）
功能：子线程通过pthread_exit()主动退出，主线程运行指定次数后退出
#include<stdio.h>#include<pthread.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<string.h>void*th(void*arg){while(1){printf("sub_th %lu\n",pthread_self());sleep(1);}pthread_exit(NULL);// 子线程主动退出（此处因while(1)无法执行到，仅作演示）}intmain(){pthread_ttid;pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);inti=8;// 主线程运行8秒后退出while(i--){printf("main_th %lu\n",pthread_self());sleep(1);}return0;}关键说明：
pthread_exit(NULL)：子线程主动退出，参数为退出状态（NULL表示无返回值）；- 注意：主线程退出后，子线程会被强制终止（即使子线程有
while(1)）； - 运行结果：主线程输出8次后退出，子线程同时终止。
案例04：取消线程（04phread_cancel.c）
功能：主线程通过pthread_cancel()取消子线程
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<pthread.h>#include<unistd.h>#include<string.h>void*thread_func(void*arg){while(1){printf("subth %lu\n",pthread_self());sleep(1);}}intmain(){pthread_ttid;pthread_create(&tid,NULL,thread_func,NULL);inti=0;while(1){printf("main th %lu\n",pthread_self());sleep(1);i++;if(i==2){// 运行2秒后，主线程取消子线程pthread_cancel(tid);printf("子线程已取消\n");}}return0;}关键说明：
pthread_cancel(tid)：向指定子线程发送取消请求，子线程在“取消点”（如sleep、printf等系统调用）响应；- 运行结果：子线程输出2次后被取消，主线程继续运行；
- 注意：
pthread_cancel仅发送请求，若子线程无取消点（如纯计算循环），需手动调用pthread_testcancel()设置取消点。
案例05：线程资源回收（05pthread_jion.c）
功能：主线程通过pthread_join()阻塞等待子线程完成，回收资源
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<pthread.h>void*th(void*arg){inti=5;while(i--){printf("workth,%lu\n",pthread_self());sleep(1);}returnNULL;}intmain(intargc,char**argv){pthread_ttid;pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);// 阻塞等待子线程tid完成，回收其资源pthread_join(tid,NULL);printf("子线程已结束，主线程退出\n");return0;}关键说明：
pthread_join(tid, NULL)：主线程阻塞，直到子线程tid退出，避免子线程成为“僵尸线程”（资源未回收）；- 第二个参数为
NULL，表示不关心子线程的退出状态； - 运行结果：子线程输出5次后退出，主线程打印提示后退出。
案例06：获取线程返回值（06pthread_jionret.c）
功能：子线程动态分配内存并返回数据，主线程通过pthread_join()获取返回值并释放内存
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<pthread.h>#include<unistd.h>void*th(void*arg){// 动态分配内存（子线程栈区数据不能返回，会随线程退出释放）char*str=(char*)malloc(20);strcpy(str,"我要灭亡了");returnstr;// 返回动态内存地址}intmain(intargc,char*argv[]){pthread_ttid;pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);void*ret=NULL;// 回收子线程，获取返回值（ret指向子线程分配的内存）pthread_join(tid,&ret);printf("子线程返回值：%s\n",(char*)ret);free(ret);// 释放子线程分配的内存，避免内存泄漏return0;}关键说明：
- 子线程返回值不能是栈区变量（线程退出后栈区释放），需用
malloc动态分配内存； - 主线程通过
pthread_join的第二个参数&ret接收返回值，使用后需手动free； - 运行结果：主线程打印子线程返回的字符串“我要灭亡了”。
案例07：传递结构体参数（07.c）
功能：主线程向子线程传递结构体参数，子线程打印并返回结构体地址
#include<stdio.h>#include<pthread.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<string.h>// 定义结构体（存储用户信息）typedefstruct{charname[20];intage;charaddress[50];}PER;void*th(void*arg){// 将void*类型转换为结构体指针PER*p=(PER*)arg;printf("子线程接收的信息：\n");printf("name:%s\n",p->name);printf("age:%d\n",p->age);printf("address:%s\n",p->address);
