Posix線程編程指南(4)

這是一個關於Posix線程編程的專欄。做者在闡明概念的基礎上，將向您詳細講述Posix線程庫API。本文是第四篇將向您講述 線程停止。

1．線程終止方式
通常來講，Posix的線程終止有兩種狀況：正常終止和非正常終止。線程主動調用pthread_exit()或者從線程函數中return都將使線程正常退出，這是可預見的退出方式；非正常終止是線程在其餘線程的干預下，或者因爲自身運行出錯（好比訪問非法地址）而退出，這種退出方式是不可預見的。

2．線程終止時的清理
不管是可預見的線程終止仍是異常終止，都會存在資源釋放的問題，在不考慮因運行出錯而退出的前提下，如何保證線程終止時能順利的釋放掉本身所佔用的資源，特別是鎖資源，就是一個必須考慮解決的問題。

最常常出現的情形是資源獨佔鎖的使用：線程爲了訪問臨界資源而爲其加上鎖，但在訪問過程當中被外界取消，若是線程處於響應取消狀態，且採用異步方式響應，或者在打開獨佔鎖之前的運行路徑上存在取消點，則該臨界資源將永遠處於鎖定狀態得不到釋放。外界取消操做是不可預見的，所以的確須要一個機制來簡化用於資源釋放的編程。

在POSIX線程API中提供了一個pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()函數對用於自動釋放資源--從pthread_cleanup_push()的調用點到pthread_cleanup_pop()之間的程序段中的終止動做（包括調用pthread_exit()和取消點終止）都將執行pthread_cleanup_push()所指定的清理函數。API定義以下：

void pthread_cleanup_push(void (*routine) (void *), void *arg)void pthread_cleanup_pop(int execute)

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()採用先入後出的棧結構管理，void routine(void *arg)函數在調用pthread_cleanup_push()時壓入清理函數棧，屢次對pthread_cleanup_push()的調用將在清理函數棧中造成一個函數鏈，在執行該函數鏈時按照壓棧的相反順序彈出。execute參數表示執行到pthread_cleanup_pop()時是否在彈出清理函數的同時執行該函數，爲0表示不執行，非0爲執行；這個參數並不影響異常終止時清理函數的執行。

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()是以宏方式實現的，這是pthread.h中的宏定義：

#define pthread_cleanup_push(routine,arg)\

 { struct _pthread_cleanup_buffer _buffer; \

 _pthread_cleanup_push (&_buffer, (routine), (arg));

#define pthread_cleanup_pop(execute) \ 
 _pthread_cleanup_pop (&_buffer, (execute)); }

可見，pthread_cleanup_push()帶有一個"{"，而pthread_cleanup_pop()帶有一個"}"，所以這兩個函數必須成對出現，且必須位於程序的同一級別的代碼段中才能經過編譯。在下面的例子裏，當線程在"do some work"中終止時，將主動調用pthread_mutex_unlock(mut)，以完成解鎖動做。

pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock, (void *) &mut);

pthread_mutex_lock(&mut);/* do some work */

pthread_mutex_unlock(&mut);

pthread_cleanup_pop(0);

必需要注意的是，若是線程處於PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS狀態，上述代碼段就有可能出錯，由於CANCEL事件有可能在pthread_cleanup_push()和pthread_mutex_lock()之間發生，或者在pthread_mutex_unlock()和pthread_cleanup_pop()之間發生，從而致使清理函數unlock一個並無加鎖的mutex變量，形成錯誤。所以，在使用清理函數的時候，都應該暫時設置成PTHREAD_CANCEL_DEFERRED模式。爲此，POSIX的Linux實現中還提供了一對不保證可移植的pthread_cleanup_push_defer_np()/pthread_cleanup_pop_defer_np()擴展函數，功能與如下代碼段至關：
{
int oldtype;
pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED, &oldtype);
pthread_cleanup_push(routine, arg);
...
pthread_cleanup_pop(execute);
pthread_setcanceltype(oldtype, NULL);
}

3．線程終止的同步及其返回值
通常狀況下，進程中各個線程的運行都是相互獨立的，線程的終止並不會通知，也不會影響其餘線程，終止的線程所佔用的資源也並不會隨着線程的終止而獲得釋放。正如進程之間能夠用wait()系統調用來同步終止並釋放資源同樣，線程之間也有相似機制，那就是pthread_join()函數。

void pthread_exit(void *retval) int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return)int pthread_detach(pthread_t th)

pthread_join()的調用者將掛起並等待th線程終止，retval是pthread_exit()調用者線程（線程ID爲th）的返回值，若是thread_return不爲NULL，則*thread_return=retval。須要注意的是一個線程僅容許惟一的一個線程使用pthread_join()等待它的終止，而且被等待的線程應該處於可join狀態，即非DETACHED狀態。

若是進程中的某個線程執行了pthread_detach(th)，則th線程將處於DETACHED狀態，這使得th線程在結束運行時自行釋放所佔用的內存資源，同時也沒法由pthread_join()同步，pthread_detach()執行以後，對th請求pthread_join()將返回錯誤。

一個可join的線程所佔用的內存僅當有線程對其執行了pthread_join()後纔會釋放，所以爲了不內存泄漏，全部線程的終止，要麼已設爲DETACHED，要麼就須要使用pthread_join()來回收。

4．關於pthread_exit()和return
理論上說，pthread_exit()和線程宿體函數退出的功能是相同的，函數結束時會在內部自動調用pthread_exit()來清理線程相關的資源。但實際上兩者因爲編譯器的處理有很大的不一樣。

在進程主函數（main()）中調用pthread_exit()，只會使主函數所在的線程（能夠說是進程的主線程）退出；而若是是return，編譯器將使其調用進程退出的代碼（如_exit()），從而致使進程及其全部線程結束運行。

其次，在線程宿主函數中主動調用return，若是return語句包含在pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()對中，則不會引發清理函數的執行，反而會致使segment fault。