Linux pthread 库是 POSIX 线程库在 Linux 系统中的具体实现，为多线程编程提供了标准化的接口，它允许开发者在单个进程中创建多个执行线程，这些线程共享进程的资源（如内存空间、文件描述符等），同时又能独立执行任务,从而有效提高程序的并发性能和资源利用率。
pthread 库的核心概念
线程是操作系统调度的最小单位，而进程是资源分配的基本单位，与进程相比，线程的创建、销毁和切换开销更小，通信也更便捷，pthread 库通过一套丰富的函数接口，实现了线程的创建、同步、互斥、调度等核心功能，成为 Linux 多线程开发的基础工具。
线程标识符
每个线程在创建时都会被赋予一个唯一的标识符（pthread_t 类型），类似于进程的 PID，通过 pthread_self() 函数可以获取当前线程的 ID，而 pthread_equal() 函数则用于比较两个线程 ID 是否相等。
线程属性
线程属性对象（pthread_attr_t）允许开发者自定义线程的属性，如栈大小、调度策略、是否分离等，通过 pthread_attr_init() 初始化属性对象，并通过 pthread_attr_setstacksize()、pthread_attr_setschedpolicy() 等函数设置属性，最后通过 pthread_create() 将属性传递给新线程。
线程的基本操作
创建线程
使用 pthread_create() 函数可以创建新线程，其原型为：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
thread：指向新线程 ID 的指针；attr：线程属性对象，通常设为NULL表示默认属性；start_routine：线程启动后执行的函数指针；arg：传递给启动函数的参数。
创建一个执行 my_thread_func 函数的线程：
pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, my_thread_func, NULL);
终止线程
线程可以通过以下方式终止：
- 调用
pthread_exit()函数，传递退出状态（类似于exit()，但仅终止当前线程）； - 线程函数执行完毕，自动返回并退出；
- 被其他线程通过
pthread_cancel()取消（需注意取消点的设置）。
等待线程
主线程或其他线程可通过 pthread_join() 等待指定线程终止，并获取其退出状态：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
thread：目标线程 ID；retval：用于接收线程退出状态的指针（若不关心可设为NULL）。
pthread_join() 会阻塞调用线程，直到目标线程终止，类似于进程中的 wait() 函数。
线程同步与互斥
多线程环境下，共享资源的并发访问可能导致数据竞争（Data Race），pthread 库提供了多种同步机制，确保线程间的正确协作。
互斥锁（Mutex）
互斥锁用于保护临界区（Critical Section），确保同一时间只有一个线程能访问共享资源，核心函数包括：
pthread_mutex_init()：初始化互斥锁；pthread_mutex_lock()/pthread_mutex_trylock()：加锁（阻塞/非阻塞）；pthread_mutex_unlock()：解锁；pthread_mutex_destroy()：销毁互斥锁。
示例：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock(&mutex); // 访问共享资源 pthread_mutex_unlock(&mutex);
条件变量（Condition Variable）
条件变量允许线程在某个条件未满足时挂起，直到其他线程满足条件后唤醒它，通常与互斥锁配合使用，避免忙等待（Busy Waiting），核心函数：
pthread_cond_init()/pthread_cond_destroy()：初始化/销毁条件变量；pthread_cond_wait()：等待条件（自动释放互斥锁，被唤醒时重新加锁）；pthread_cond_signal()/pthread_cond_broadcast()：唤醒一个/所有等待线程。
读写锁（Read-Write Lock）
读写锁允许多个读线程或一个写线程同时访问资源，适用于读多写少的场景，分为读锁（共享锁）和写锁（排他锁），通过 pthread_rwlock_t 类型实现。
信号量（Semaphore）
虽然信号量常用于进程同步，但 pthread 库也支持线程间的信号量操作（需包含 <semaphore.h>），信号量可以控制同时访问资源的线程数量，比互斥锁更灵活。
线程的分离状态
线程分为可结合（Joinable）和分离（Detached）两种状态，默认为可结合状态，其他线程可通过 pthread_join() 等待其终止；分离线程则不能被 pthread_join() 等待，终止后资源自动回收。
通过 pthread_detach() 函数可将线程设为分离状态：
pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, my_thread_func, NULL); pthread_detach(tid);
分离线程适用于独立执行任务且无需返回结果的场景，避免资源泄漏。
线程调度与优先级
pthread 库允许设置线程的调度策略和优先级（需实时权限），调度策略包括：
SCHED_OTHER：分时调度（默认）；SCHED_FIFO：实时先入先出调度；SCHED_RR：实时轮转调度。
通过 pthread_setschedparam() 函数可设置线程的调度参数，如优先级，但需注意，实时调度策略可能影响系统公平性，需谨慎使用。
线程与进程的关系
| 特性 | 线程（Thread） | 进程（Process） |
|---|---|---|
| 资源分配 | 共享进程资源（内存、文件等） | 独立地址空间，资源不共享 |
| 开销 | 创建/切换开销小（KB级） | 开销大（MB级） |
| 通信方式 | 全局变量、条件变量等直接通信 | 管道、消息队列、共享内存等 |
| 稳定性 | 线程崩溃可能导致整个进程终止 | 进程间隔离，一个崩溃不影响其他 |
使用 pthread 库的注意事项
- 避免死锁：确保所有线程以相同的顺序加锁，或使用
pthread_mutex_trylock()避免无限等待； - 资源释放：及时销毁不再使用的互斥锁、条件变量等同步对象，避免内存泄漏；
- 取消点处理：默认情况下，线程在取消点（如
pthread_wait()、read()等）响应取消请求，可通过pthread_setcanceltype()设置取消类型； - 可移植性：pthread 库遵循 POSIX 标准，但不同平台可能存在细微差异，需注意跨平台兼容性。
Linux pthread 库功能强大且接口简洁，为多线程编程提供了完整的解决方案，通过合理使用线程的创建、同步、互斥等机制，开发者可以高效构建高并发应用程序，多线程编程也伴随着复杂性，需注意线程安全、死锁等问题，确保程序的稳定性和可靠性，掌握 pthread 库，是深入 Linux 系统编程和并发开发的重要一步。
