pthread 的 joinable 和 detached

对于多线程程序，在程序开始运行后，会首先建立一个主线程，用于执行程序。在程序执行过程中，可能由于需要，会建立新的线程，用于执行并行操作。这时建立的线程称为子线程。
除去主线程外，其他所有的线程都属于子线程，为平等关系，即使是由子线程建立的子线程。

在 POSIX Threads 中，有两种线程类型：

• 结合(joinable)：对于结合的线程，主线程需要用join()函数来等待子线程执行完毕获得返回值，并释放资源；
• 分离(detached)：分离的线程相对而言独立于主线程，不需要主线程等待，会自动释放资源；joinable 的线程可以转换成 detached 的线程，但不能反向转换；

尽管一些文章会提到 joinable 线程在除非关机或重启都不会释放资源¹，但是对于目前的操作系统的智能程度，在进程结束后都会被清除资源²，joinable 线程和 detached 线程的区别在于：

• 主线程是否需要等待线程执行结束
• 是否需要立即释放资源

一个更为直观的类比是，joinable 是类似于常见的 Python 线程模型，创建后开启线程，并且使用 join 来等待所有线程执行完成。当然，如果主线程不需要等待子线程执行结束就可以执行其他任务，也可以不使用 join 。这时效果上类似于 detached 线程模型³

而 detached 线程模型则很类似于 Go 语言的 goroutine 。子线程执行后，主线程就不再管子线程的事情，完全由子线程自行处理调度问题。（当然， Go 中可以使用 select 和 channel 来实现等待任务执行结束，或者任务之间数据交互）

joinable 线程样例

执行下面的程序，会开启 THREAD_NUM 个线程，并在主线程等待其执行完毕

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

#define THREAD_NUM 3

void *thread_function(void *arg) {
    int tid = *(int *)arg;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%d-%d\n", tid, i);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main(void) {
    pthread_t *threads = malloc(THREAD_NUM * sizeof(pthread_t));

    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, &i)) {
            printf("error creating thread.");
            abort();
        }
    }

    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i) {
        if (pthread_join(threads[i], NULL)) {
            printf("error join thread.");
            abort();
        }
    }

    printf("thread done! \n");
    return 0;
}

detached 线程样例

执行下面的程序，会开启 THREAD_NUM 个线程，并在主线程等待 2 秒（因为子线程需要 3 秒才能输出完毕，因此不会输出所有内容。

detached 线程很适合主线程在无限循环或者在运行很长的服务，同时有很多个需要并行执行的任务（一般不需要将执行信息反馈到创建的线程，当然也可以使用互斥锁等方法来在线程间同步数据）

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

#define THREAD_NUM 3

void *thread_function(void *arg) {
    int tid = *(int *)arg;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%d-%d\n", tid, i);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main(void) {
    pthread_t *threads = malloc(THREAD_NUM * sizeof(pthread_t));

    pthread_attr_t attr;
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], &attr, thread_function, &i)) {
            printf("error creating thread.");
            abort();
        }
    }

    sleep(2);

    printf("thread done! \n");
    exit(0);
}

参考资料