C++：pthread线程分离和线程属性

news/2025/2/26 0:50:17

在 C++ 的多线程编程中，pthread 库提供了强大的功能来管理线程。其中，线程分离和线程属性是两个重要的概念，它们对于优化线程的行为和资源管理有着关键作用。

线程分离

1.1 什么是线程分离

在 pthread 库中，线程有两种状态：可结合（joinable）和分离（detached）。默认情况下，新创建的线程是可结合的。可结合的线程在结束时，需要其他线程调用pthread_join函数来回收其资源，否则会造成资源泄漏。而分离的线程则会在结束时自动释放资源，无需其他线程来回收。

1.2 为什么要使用线程分离

在某些场景下，我们创建的线程执行完任务后，不需要获取其返回值，也不需要关心它的结束状态，此时将线程设置为分离状态可以避免资源浪费和不必要的同步开销。例如，在一个服务器程序中，为每个客户端连接创建一个线程来处理请求，这些线程处理完请求后就可以自动释放资源，不需要主线程逐个等待它们结束。

1.3 如何实现线程分离

在 pthread 库中，可以使用pthread_detach函数来将一个线程设置为分离状态。该函数的原型如下：

int pthread_detach(pthread_t thread);

thread是要设置为分离状态的线程标识符。
以下是一个简单的 C++ 代码示例，展示了如何创建一个分离的线程：

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    sleep(2);
    std::cout << "This is a detached thread." << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    // 创建线程
    if (pthread_create(&thread, nullptr, thread_function, nullptr)!= 0) {
        std::cerr << "Failed to create thread" << std::endl;
        return 1;
    }
    // 将线程设置为分离状态
    if (pthread_detach(thread)!= 0) {
        std::cerr << "Failed to detach thread" << std::endl;
        return 1;
    }
    std::cout << "Detached thread created successfully." << std::endl;
    // 主线程继续执行其他任务
    sleep(3);
    return 0;
}

创建了一个线程，并使用pthread_detach将其设置为分离状态。主线程在创建和分离线程后，继续执行其他任务，而分离的线程在完成任务后会自动释放资源，其他线程不能再使用 pthread_join 来等待它结束。
pthread_detach 可以在主函数调用，也可以在thread_function函数调用

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int j = 2;
void* pthread_fun(void *arg)
{
    
    //自己设置为detached状态
    int ret = pthread_detach(pthread_self());
    while(j--)
    {
        cout << " in pthread_task" << endl;
        cout << *(int*)arg << endl;
        sleep(1);
    }
    // 线程返回一个整数值
    int* result = new int(42);
    return static_cast<void*>(result);//pthread_exit(reinterpret_cast<void*>(result));

}

int main()
{
    int ret = 0;
    pthread_t tid = 0;
    int argsend = 99;
    int i = 3;

    ret  = pthread_create(&tid, NULL, pthread_fun, &argsend);
    if(ret != 0)
    {
        cout << " pthread_create error" << endl;
        return -1;
    }
    while(i--)
    {
        cout << "pthread _create success" << endl;
        sleep(2);
    }
 
    
    return 0;
}

线程属性

2.1 线程属性概述

线程属性定义了线程的一些特性，如栈大小、调度策略、优先级等。通过设置线程属性，可以根据具体的应用需求来优化线程的行为。在 pthread 库中，使用pthread_attr_t类型来表示线程属性。

2.2 常见的线程属性

栈大小：线程的栈用于存储局部变量、函数调用信息等。可以通过pthread_attr_setstacksize函数来设置线程的栈大小。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
size_t stack_size = 1024 * 1024; // 1MB栈大小
pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size);

调度策略：pthread 库支持多种调度策略，如 SCHED_OTHER（普通调度策略）、SCHED_FIFO（先进先出调度策略）、SCHED_RR（时间片轮转调度策略）。可以使用pthread_attr_setschedpolicy函数来设置调度策略。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);

优先级：线程的优先级决定了它在 CPU 竞争中的优先级。可以通过pthread_attr_setschedparam函数来设置线程的优先级。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
struct sched_param param;
param.sched_priority = 50; // 设置优先级
pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);

2.3 使用线程属性创建线程

在创建线程时，可以将设置好的线程属性作为参数传递给pthread_create函数。

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    std::cout << "Thread is running." << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_attr_t attr;

    // 初始化线程属性
    pthread_attr_init(&attr);

    // 设置栈大小为2MB
    size_t stack_size = 2 * 1024 * 1024;
    pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size);

    // 设置调度策略为时间片轮转
    pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);

    // 设置优先级
    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 50;
    pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);

    // 使用设置好的属性创建线程
    if (pthread_create(&thread, &attr, thread_function, nullptr)!= 0) {
        std::cerr << "Failed to create thread" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 等待线程结束
    if (pthread_join(thread, nullptr)!= 0) {
        std::cerr << "Failed to join thread" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 销毁线程属性
    pthread_attr_destroy(&attr);

    return 0;
}

首先初始化了线程属性，然后设置了栈大小、调度策略和优先级，最后使用这些属性创建了一个线程

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int j = 2;
void* pthread_fun(void *arg)
{
    
    //自己设置为detached状态
    //int ret = pthread_detach(pthread_self());
    while(j--)
    {
        cout << " in pthread_task" << endl;
        cout << *(int*)arg << endl;
        sleep(1);
    }
    // 线程返回一个整数值
    int* result = new int(42);
    return static_cast<void*>(result);//pthread_exit(reinterpret_cast<void*>(result));

}

int main()
{
    int ret = 0;
    pthread_t tid = 0;
    int argsend = 99;
    int i = 3;
    pthread_attr_t attr;
    // 初始化线程属性
    pthread_attr_init(&attr);

    ret  = pthread_create(&tid, NULL, pthread_fun, &argsend);
    if(ret != 0)
    {
        cout << " pthread_create error" << endl;
        return -1;
    }
    sched_param param;
    // 获取线程属性中的调度参数
    if (pthread_attr_getschedparam(&attr, &param) != 0) {
        std::cerr << "Failed to get scheduling parameters." << std::endl;
        return 1;
    }
    // 打印调度参数中的优先级
    std::cout << "Scheduling priority: " << param.sched_priority << std::endl;

    // 设置线程属性的分离状态为分离
    ret = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    if (ret != 0) {
        cerr << "Failed to set detach state." << endl;
        return -1;
    }

    while(i--)
    {
        cout << "pthread _create success" << endl;
        sleep(2);
    }
    int detachstate;
    // 获取线程属性的分离状态
    if (pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate) != 0) {
        std::cerr << "Failed to get detach state." << std::endl;
        // 销毁线程属性对象
        pthread_attr_destroy(&attr);
        return 1;
    }

    // 根据分离状态输出相应信息
    if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE) {
        std::cout << "Thread is joinable." << std::endl;
    } else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED) {
        std::cout << "Thread is detached." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Unknown detach state." << std::endl;
    }
 
    // 销毁线程属性
    pthread_attr_destroy(&attr);
    return 0;
}

pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate) 用于获取线程属性对象 attr 中设置的分离状态。它查询的是线程属性对象的配置信息，而不是pthread_detach线程实际运行时的分离状态。

线程分离和线程属性是 pthread 库中非常实用的功能。通过合理使用线程分离，可以避免资源浪费和同步开销；而灵活设置线程属性，则可以根据应用需求优化线程的行为。


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