Linux入门DAY31（线程分离属性、互斥同步、死锁详解）

#Linux #C语言 #多线程 #嵌入式开发 #互斥锁

前言

本篇接续前面 Linux 进程线程知识点，重点讲解线程分离 / 非分离属性、pthread_join 回收、互斥锁、信号量同步、死锁产生条件以及规避方案，是多线程开发高频考点与工程实践必掌握内容。编译线程代码务必增加编译链接参数：-pthread。

一、线程的分离属性与非分离属性

线程有两种属性：非分离属性（默认）、分离属性，决定线程结束后资源由谁回收。

1. 非分离属性（系统默认）

• 线程结束之后，线程的栈、线程描述符等资源不会自动释放，会残留在内核中，造成资源泄露。
• 必须由另外一个线程调用 pthread_join() 进行阻塞回收资源。

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数说明

• thread：要回收的线程 ID
• retval：接收线程退出返回值；不关心返回结果直接填 NULL

返回值：成功返回 0；失败返回非 0 错误码。

特点：调用 pthread_join 的线程会阻塞等待目标线程执行完毕，目标线程不结束，join 函数不会返回。适合需要等待子线程执行完再继续业务逻辑的场景。

2. 分离属性

设置成分离属性之后：线程执行完毕退出时，操作系统自动回收该线程全部资源，不需要、也不能调用 pthread_join 去回收。

int pthread_detach(pthread_t tid);

• tid：需要设置分离属性的线程 ID
• 返回值：成功 0，失败非 0。

✅ 使用场景：主线程不需要等待子线程完成，子线程独立执行任务，不需要获取返回值。

注意：一个线程不能既被 detach 分离，又调用 pthread_join，会报错。

线程退出的三种方式

⚠️坑点：如果 main 主线程return 0直接退出，整个进程销毁，还在运行的子线程会直接被杀死，来不及完成业务。

二、线程临界资源与竞态问题

临界资源

多个线程都可以访问的公共资源，例如：全局变量、全局队列、公共文件、数据库。

临界区

访问临界资源的那一段代码块。

多线程同时读写临界资源会发生数据竞争（竞态）：多个线程同时读改写同一个变量，运算结果错乱。 示例：两个线程同时对同一个全局变量做自增，预期累加 10000，实际结果远小于预期。

解决竞争问题：互斥锁保证同一时间，只有一个线程进入临界区执行。

三、互斥锁 pthread_mutex_t（线程互斥）

互斥锁作用：实现线程互斥访问临界资源，保证临界区代码原子执行。

互斥锁完整流程

//初始化锁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
//attr填NULL代表使用锁的默认属性

函数说明：

非阻塞尝试加锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

如果锁已经被占用，函数不会阻塞休眠，直接返回错误，线程可以去做其他业务。可以用来规避死锁。

其他锁简单了解

四、信号量 sem_t（线程同步）

互斥：解决 “同一时间只能一个人访问资源”；同步：解决 “线程执行先后顺序”。

信号量本质代表可用资源的计数。

• P 操作（sem_wait）：申请资源，资源计数减一。资源为 0 的时候线程阻塞等待资源。
• V 操作（sem_post）：释放资源，资源计数加一，唤醒等待该信号量的线程。

信号量 API

//初始化信号量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参数：

• sem：信号量对象地址
• pshared：0 代表线程之间共享；非 0 代表进程间共享
• value：信号量初始资源数量

int sem_wait(sem_t *sem); //P操作，申请资源，计数‑1，资源0则阻塞
int sem_post(sem_t *sem); //V操作，释放资源，计数+1，唤醒阻塞线程
int sem_destroy(sem_t *sem); //销毁信号量

五、死锁产生的条件以及解决方案

什么是死锁

多线程环境，多个线程各自持有已经获取的锁，同时互相请求对方手里持有的锁，所有线程永久阻塞，程序卡死。

典型场景：

线程 A 拿到锁 1，等待锁 2；线程 B 拿到锁 2，等待锁 1；两个线程永远卡住。

死锁四个必要条件（必须全部满足，才会发生死锁，破坏任意一个条件就可以解除死锁）

工程上避免死锁的手段

小结

🔔 补充：线程和进程对比回顾

• 进程：资源分配最小单位；内存空间独立，IPC 通信，开销大。
• 线程：CPU 调度最小单位；共享进程堆、全局变量，仅栈独立，开销小，容易出现资源竞争。