一、线程的核心概论
在 Linux 系统中，线程是轻量级的进程，它并非独立存在，而是隶属于某个进程。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的大部分资源（如代码段、数据段、打开的文件描述符等），同时拥有自己独立的执行上下文。
线程的核心作用和进程一致，都是为了实现并发执行，尤其适用于处理相对耗时的任务。比如在一个网络服务程序中，主线程负责监听客户端连接，子线程负责处理每个客户端的请求，这种多线程模型可以大幅提升程序的响应效率。
二、线程与进程的核心区别
理解线程的关键，是厘清它与进程的核心差异 —— 这也是线程所有特性的根源，具体可从以下维度对比：
| 维度 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 资源分配单位 | 系统最小资源分配单位 | 系统最小执行单位 |
| 资源归属 | 拥有独立的 3GB 用户空间，资源完全独立 | 共享所属进程资源，仅独立拥有 8MB 栈区 |
| 稳定性 | 进程崩溃不影响其他进程，稳定性高 | 单个线程崩溃会导致整个进程崩溃，稳定性低 |
| 创建开销 | 需分配完整 3GB 空间，开销极大 | 仅开辟 8MB 栈区，开销远低于进程 |
| 并发能力 | 创建 / 切换开销大，并发度低 | 创建 / 切换开销小，并发度远高于进程 |
2.1 资源共享与独立性
- 进程：资源完全对立，每个进程拥有独立的地址空间、文件描述符、全局变量等，进程间无法直接访问彼此资源，需通过管道、共享内存等 IPC 机制通信。
- 线程：同一进程内的线程共享绝大部分资源（代码段、数据段、堆区、全局变量、打开的文件等），仅栈区独立（每个线程有专属 8MB 栈区，存储局部变量和函数调用栈）。这种特性让线程间通信成本极低，但也要求编程时注意资源竞争问题。
2.2 稳定性差异
进程是操作系统独立的资源分配单元，一个进程的崩溃（如段错误）只会释放自身资源，不会影响其他进程；而线程共享进程的资源空间，若某个线程触发内存非法访问等错误，操作系统会终止整个进程，导致所有线程一同退出。
2.3 创建开销与并发度
- 创建开销：新建进程需要完整分配 3GB 用户空间，涉及页表、资源拷贝等大量操作；新建线程仅需在进程已有空间内开辟 8MB 栈区，几乎无额外资源分配成本。
- 并发度：线程的创建和上下文切换开销远小于进程，系统可同时调度成百上千个线程，而进程数量受限于内存和系统资源，因此线程的并发能力远高于进程。
2.4 执行与层级特性
补充说明线程的核心执行特征：
- 进程中的所有线程为平级关系，无父子线程之分；每个进程默认包含一个主线程，
main函数运行在主线程中。 - 进程是 “资源容器”，线程是容器内的 “执行流”—— 没有进程的资源支撑，线程无法独立存在；没有线程，进程只是一个静态的资源集合，无法执行任何逻辑。
三、Linux 下查看线程信息的命令
在 Linux 中，我们可以通过以下命令查看线程的运行状态，这对调试多线程程序非常有帮助：
ps -eLo pid,ppid,lwp,stat,comm该命令可以查看系统中所有线程的关键信息，各字段含义如下：pid：线程所属进程的 IDppid：进程的父进程 IDlwp：线程的 ID（轻量级进程 ID）stat：线程的运行状态comm：线程对应的命令名称
ps -eLf该命令会以更详细的格式列出所有线程的信息，包括线程的优先级、CPU 占用时间等。
四、POSIX 线程编程步骤与核心函数
Linux 下的线程编程遵循 POSIX 标准，对应的线程库为pthread，编程的核心步骤为：创建多线程 → 线程空间操作 → 线程资源回收。下面逐一介绍核心函数的使用方法，并为每个函数提供独立的可运行示例代码。
4.1 线程创建：pthread_create
函数说明
#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);- 功能：创建一个新的线程
- 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（由函数返回）。attr：线程属性，一般设为NULL，表示使用默认属性。start_routine：函数指针，指向线程的执行函数（回调函数），该函数的返回值和参数均为void*类型，是线程的核心执行逻辑。arg：传递给回调函数start_routine的参数。
- 返回值：成功返回 0；失败返回对应的错误码。
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h> // 线程执行函数 void *thread_func(void *arg) { char *msg = (char *)arg; printf("子线程ID：%lu，接收参数：%s\n", pthread_self(), msg); sleep(2); // 模拟线程执行耗时操作 printf("子线程执行完成\n"); return NULL; } int main() { pthread_t tid; char *msg = "Hello Thread"; // 创建线程 int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, msg); if (ret != 0) { printf("创建线程失败：%s\n", strerror(ret)); return -1; } printf("主线程：创建线程成功，线程ID：%lu\n", tid); sleep(3); // 主线程等待子线程执行完成 printf("主线程执行完成\n"); return 0; }编译运行
gcc pthread_create_demo.c -o pthread_create_demo -lpthread ./pthread_create_demo4.2 获取线程 ID：pthread_self
函数说明
#include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void);- 功能：获取当前线程的 ID
- 参数：无
- 返回值：成功返回当前线程的 ID（类型为
pthread_t，可通过%lu格式符打印）；失败返回非 0 值。
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void *thread_func(void *arg) { // 获取子线程ID pthread_t tid = pthread_self(); printf("子线程：自身ID = %lu\n", tid); return NULL; } int main() { pthread_t tid; // 创建线程 pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); // 获取主线程ID printf("主线程：自身ID = %lu\n", pthread_self()); printf("主线程：创建的子线程ID = %lu\n", tid); sleep(1); // 等待子线程执行 return 0; }编译运行
gcc pthread_self_demo.c -o pthread_self_demo -lpthread ./pthread_self_demo4.3 线程退出：pthread_exit
函数说明
#include <pthread.h> void pthread_exit(void *retval);- 功能：子线程自行退出
- 参数：
retval：线程退出时的返回状态，可被后续的资源回收函数获取。 - 返回值：无
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> void *thread_func(void *arg) { printf("子线程：开始执行，准备退出\n"); sleep(2); // 定义退出返回值 int *ret = (int *)malloc(sizeof(int)); *ret = 99; // 线程退出，传递返回值 pthread_exit((void *)ret); } int main() { pthread_t tid; void *ret_val; pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); // 等待子线程退出并回收资源 pthread_join(tid, &ret_val); printf("主线程：子线程退出，返回值 = %d\n", *(int *)ret_val); free(ret_val); // 释放子线程分配的内存 return 0; }编译运行
gcc pthread_exit_demo.c -o pthread_exit_demo -lpthread ./pthread_exit_demo4.4 线程取消：pthread_cancel
函数说明
#include <pthread.h> int pthread_cancel(pthread_t thread);- 功能：请求结束一个指定的线程
- 参数：
thread：需要被取消的线程的 ID - 返回值：成功返回 0；失败返回非 0 值。
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <string.h> void *thread_func(void *arg) { printf("子线程：开始执行，进入循环\n"); // 线程设置为可取消（默认状态） pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL); // 设置取消类型为立即取消（接收到取消信号后立即退出） pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS, NULL); while (1) { sleep(1); printf("子线程：循环执行中...\n"); } return NULL; } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); // 主线程等待3秒后取消子线程 sleep(3); int ret = pthread_cancel(tid); if (ret != 0) { printf("取消线程失败：%s\n", strerror(ret)); return -1; } printf("主线程：已发送取消线程的请求\n"); // 回收子线程资源 pthread_join(tid, NULL); printf("主线程：子线程已被取消并回收\n"); return 0; }编译运行
gcc pthread_cancel_demo.c -o pthread_cancel_demo -lpthread ./pthread_cancel_demo4.5 线程资源回收：pthread_joinvspthread_detach
线程退出后，其栈区等资源不会默认释放，必须通过特定方式回收。pthread_join和pthread_detach是两种核心回收方式，二者核心区别如下：
| 特性 | pthread_join | pthread_detach |
|---|---|---|
| 执行方式 | 阻塞式（等待目标线程退出后才返回） | 非阻塞式（设置属性后立即返回） |
| 资源回收时机 | 线程退出后，由调用方主动回收 | 线程退出后，由系统自动回收 |
| 退出状态获取 | 可通过retval获取线程退出状态 | 无法获取线程退出状态 |
| 调用限制 | 只能被一个线程调用，重复调用会报错 | 仅需调用一次，线程退出后自动生效 |
| 适用场景 | 需要获取线程执行结果、需同步等待线程结束 | 无需获取线程结果、希望异步释放资源 |
4.5.1pthread_join（阻塞式回收）
函数说明
#include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);- 功能：回收指定线程的资源，并获取线程的退出状态
- 参数说明
thread：需要回收的子线程的 IDretval：指向void*类型的指针，用于存储线程的退出状态（即pthread_exit传递的参数）
- 返回值：成功返回 0；失败返回非 0 值。
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <string.h> void *thread_func(void *arg) { int num = *(int *)arg; printf("子线程：接收参数 = %d，开始执行\n", num); sleep(3); // 模拟耗时操作 // 退出并返回计算结果 int *ret = malloc(sizeof(int)); *ret = num * 2; pthread_exit((void *)ret); } int main() { pthread_t tid; int arg = 10; void *ret_val; // 创建线程 int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &arg); if (ret != 0) { printf("创建线程失败：%s\n", strerror(ret)); return -1; } printf("主线程：等待子线程执行完成...\n"); // 阻塞回收子线程，获取返回值 ret = pthread_join(tid, &ret_val); if (ret != 0) { printf("回收线程失败：%s\n", strerror(ret)); return -1; } printf("主线程：子线程回收成功，返回值 = %d\n", *(int *)ret_val); free(ret_val); // 释放内存 return 0; }编译运行
gcc pthread_join_demo.c -o pthread_join_demo -lpthread ./pthread_join_demo4.5.2pthread_detach（分离式回收）
函数说明
#include <pthread.h> int pthread_detach(pthread_t thread);- 功能：设置线程的分离属性
- 参数：
thread：需要设置分离属性的线程的 ID（可以是当前线程，如pthread_detach(pthread_self())） - 返回值：成功返回 0；失败返回非 0 值。
独立示例代码
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <string.h> void *thread_func(void *arg) { // 为当前线程设置分离属性 int ret = pthread_detach(pthread_self()); if (ret != 0) { printf("子线程：设置分离属性失败：%s\n", strerror(ret)); pthread_exit(NULL); } printf("子线程：已设置分离属性，开始执行\n"); sleep(2); printf("子线程：执行完成，即将退出（资源会被系统自动回收）\n"); pthread_exit(NULL); } int main() { pthread_t tid; // 创建线程 int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); if (ret != 0) { printf("创建线程失败：%s\n", strerror(ret)); return -1; } printf("主线程：创建分离线程成功，ID = %lu\n", tid); // 尝试join分离线程（会失败） ret = pthread_join(tid, NULL); if (ret != 0) { printf("主线程：尝试join分离线程失败（预期结果）：%s\n", strerror(ret)); } // 主线程等待子线程执行完成 sleep(3); printf("主线程：程序执行结束\n"); return 0; }编译运行
gcc pthread_detach_demo.c -o pthread_detach_demo -lpthread ./pthread_detach_demo五、总结
线程作为 Linux 下的轻量级进程，凭借其低开销、高并发的特性，成为实现并发程序的重要工具。与进程相比，线程共享进程资源（仅栈区独立）、创建开销仅为开辟 8MB 栈区（进程需 3GB 空间）、并发度更高，但稳定性更弱 —— 单个线程崩溃会导致整个进程退出。
在 POSIX 线程编程中，每个核心函数都有明确的定位：
pthread_create是线程创建的入口，需指定执行函数和参数；pthread_self用于获取线程自身 ID，便于调试和线程标识；pthread_exit让线程主动退出并传递返回值，pthread_cancel可被动终止线程；pthread_join（阻塞回收）适合需要获取线程执行结果的场景，pthread_detach（分离回收）适合无需同步等待的场景。
