什麼是線程？爲什麼要有多線程？
一家公司需要生產某種產品，然後爲生產這種產品提供了各種原材料和幾層樓的資源。而這件產品是有很多個零件組成的，各個零件需要的材料可能是不同的，即，有些零件之間的製造是不相互影響的。現在要生產一種產品，由A、B兩種零件組成。公司分配了1、2、3這三層樓（2樓是用於生產的該產品的各種器械）用於生產該產品。假設加工零件A是將材料都準備好了放到2樓的機器裏邊，然後等上很長一段時間。在生產的時候可能產品負責人可能就是分派一部分人在1樓完成加工零件A的前期準備，然後再分配一部分人在3樓加工零件B，最後再將所有的零件組合起來。負責人肯定不會讓大家一塊先加工零件A，然後大家都在那閒等着機器操作，等着把零件A加工完成纔開始零件B的加工，因爲這樣效率太低了。
同樣的，如果將執行一個進程比作生產一種產品，公司就好比操作系統，產品的原材料和提供的生產產地就是分配給進程的資源。爲了讓進程更合理的進行，將進程的分成多個執行流（加工多個零件），各個執行流相當於就是不同的函數。而這樣的執行流其實就是線程，一個執行流就是一個線程。這些執行流同屬於一個進程（同是一個產品的一部分），且共享地址空間（都在那分配的那幾層樓裏）和共享資源（都要使用2樓的器械）。實際的進程程比這個稍微要複雜一點，線程之間共享的東西遠不止這些。同一進程下的線程之間共享了哪些資源呢？
1）、共享同一地址空間，因此Text Segment（代碼段） 和 Data Segment（數據段）都是共享的，如果定義一個函數，在各線程都可以調用，如果定義一個全局變量，在各線程都可以訪問到。
2）、文件描述符表
3）、每種信號的處理方式
4）、當前工作目錄
5）、用戶id 和 組id
但是，就像每個零件的原材料可能不同，每個線程都有自己獨特的東西，每個線程都有自己的線程id、一組寄存器（用於保存上下文信息的）、棧、errno、信號屏蔽字、調度優先級。
總結一下，其實線程是進程的一部分，描述指令流執行狀態。它是進程中的指令執行流的最小單位，是CPU調度的基本單位。
線程標識：
和每個進程都有一個進程ID一樣，每個線程也有自己的ID。進程ID是一個非負整數，用pid_t來表示，線程ID用pthread_t 數據類型表示。由於在不同的平臺，用於表示pthread_t的結構是不同的。而每個平臺都有着自己的線程庫，並在庫裏邊實現了一些公有的接口。當我們在對線程ID進行一些操作時，爲了程序的可移植性，我們需要利用這些公有的接口來實現。
獲取自身的線程ID
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self ( void )
比較兩個線程ID是否相等
#include <pthread.h>
int pthread_equal( pthread_t tid1,pthread_t tid2 )
相等返回非0值，不相等返回0。
線程創建：
當我們創建出一個進程時，該進程只有一個執行流，但是在進程的執行過程中，我們可以通過pthread_create函數來創建其他執行流，也就是創建其他線程，跟使用fork（）創建一個新進程不一樣，創建出來的新線程與原來的線程是沒有父子關係的，他們之間的關係是平等的，被調用的順序也是不確定的。
int pthread_create（pthread_t* thread, const pthread_attr* attr, void* (*start_routine)(void*), void* arg）
參數：thread：返回線程ID
attr：設置線程的屬性，attr爲NULL表示使用默認屬性
start_routine：是一個函數指針，創建一個線程是要爲其安排執行的任務（函數）
arg：傳給線程啓動函數的參數（即執行第三個參數指向的函數時所需要的參數）
attr:設置線程的屬性，attr爲NULL表⽰示使⽤用默認屬性
返回值：成功返回0；失敗返回錯誤碼
說明：
傳統的一些函數是成功返回0，失敗返回-1，並且對全局變量errno賦值以指示錯誤。
pthreads函數出錯時不會設置全局變量errno（大部分其他POSIX函數會這樣做）而是通過返回值將錯誤碼返回。
pthreads同樣也提供了線程內的全局變量errno，以支持其他使用errno的代碼。
對於pthreads函數的錯誤，建議通過返回值來判定，因爲讀取返回值要比讀取線程內的errno變量的開銷要小。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void* routine(void* arg)
{
while(1)
{
printf("I'm new thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
sleep(1);
}
return (void*) 1;
}
int main()
{
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);
if(ret != 0)
{
fprintf(stderr,"pthread_create err:%s\n",strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(1)
{
sleep(1);
printf("I'm main thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
}
return 0;
}
該進程內的每一個線程的pid都是一樣的，由此也可以證明這些線程同屬於一個進程。
在此解釋一下LWP與線程ID的區別
這塊比較繞，可能不太好理解。要有耐心~
線程分爲用戶級線程和內核級線程，而我們創建的線程都是用戶級線程。在Linux中，是沒有真正意義上的線程的，線程都是通過pthread庫模擬進程而實現出來的，而在CPU看來，就沒有進程線程之分，都是一個個的PCB，所以線程又被稱爲輕量級進程。既然被認爲是PCB，那麼就有進程ID，而實際上LWP就是線程在被CPU認爲是進程併爲其分配的pid，這個pid在整個內核中都是唯一的。而我們所說的線程id只是相對於用戶級來說的，線程id只是在用戶級唯一。事實上，線程id的實質就是在進程內部爲其分配的地址空間的地址。
多線程的進程，又被稱爲線程組，線程組內的每一個線程在內核之中都存在一個進程描述符（task_struct）與之對應。進程描述符結構體中的pid，表面上看對應的是進程ID，其實不然，它對應的是線程ID（也就是上邊所說的LWP）;進程描述符中的tgid，含義是Thread Group ID（即進程組ID），該值對應的是用戶層面的進程ID。
線程組內的第一個線程，在用戶態被稱爲主線程(main thread),在內核中被稱爲group leader，內核在創建第一個線程時，會將線程組的ID的值設置成第一個線程的線程ID，group_leader指針則指向自身，既主線程的進程描述符。所以線程組內存在一個線程ID等於進程ID，而該線程即爲線程組的主線程。
線程的終止：
在進程中的任一線程調用了exit，_Exit、_exit或者主執行流（第一個執行流）return，都會導致整個進程終止。與此類似，如果進程組中的某一線程收到一個默認處理動作是終止進程的信號，整個進程也會終止。
首先來驗證一下在一個新線程中調用exit會不會使整個進程都退出。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
void* routine(void* arg)
{
int count = 3;
while(count--)
{
printf("I'm new thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
sleep(1);
}
exit(0);
}
int main()
{
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);
if(ret != 0)
{
fprintf(stderr,"pthread_create err:%s\n",strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(1)
{
sleep(1);
printf("I'm main thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
}
return 0;
}
在此段程序中，新線程循環3次後調用exit退出，而主線程（第一個線程）一直在死循環。
當新線程循環完3次之後，整個進程都退出了。其他的就不一一驗證了。
如果需要只終止某個線程而不終止整個進程,可以有三種方法:
1. 從線程函數return。這種方法對主線程不適用,從main函數return相當於調用exit。
2. 線程可以調用pthread_ exit終止自己。
3. 一個線程可以調用pthread_ cancel終止同一進程中的另一個線程。
pthread_exit函數 ----->線程終止
void pthread_exit(void *value_ptr);
參數：value_ptr是一個無類型的指針，不能向一個局部變量。進程中的其他線程可以通過pthread_jion函數來訪問到該指針。
返回值：無返回值，跟進程一樣，線程結束的時候無法返回到它的調用者（自身）
需要注意,pthread_exit或者return返回的指針所指向的內存單元必須是全局的或者是用malloc分配的（malloc分配空間是在堆上分配的）,不能在線程函數的棧上分配,因爲當其它線程得到這個返回指針時線程函數已經退出了。
pthread_cancel函數 ----->取消一個執行中的線程
原型：int pthread_cancel(pthread_t thread);
參數：thread --- 線程ID
返回值：成功返回0；失敗返回錯誤碼。
pthrea_cancell函數會使得進程thread表現的如同調用PTRHEAD_CANCELED的pthread_exit函數，但是進程可以選擇忽略取消方式或者控制取消方式。一個線程調用pthread_cancel函數去取消另一個線程，調用線程只是相當於只是提出請求，並不會等待線程被取消。
看一看使用pthread_exit函數退出會不會導致整個進程的退出。
將上邊的調用exit函數改成調用pthread_exit函數
重新執行程序，發現，新線程循環3次之後就退出了，而主線程依然在執行，說明，調用pthread_exit函數可以使線程終止而進程不終止
驗證一下使用pthread_cancel來終止一個正在運行的線程。
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
void* routine(void* arg)
{
while(1)
{
printf("I'm new thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);
if(ret != 0)
{
fprintf(stderr,"pthread_create err:%s\n",strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
sleep(3);
pthread_cancel(tid);
while(1)
{
sleep(1);
printf("I'm main thread,pid is:%u tid is:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
}
return 0;
}
這段程序主線程先創建一個新線程，然後隔了3秒便使用pthread_cancel函數將其終止了，然後主線程在死循環。
新線程被終止，主線程依然在執行，說明進程還沒有結束。
線程等待與分離
在多進程中父進程可以調用wait函數來獲取子進程的退出信息，在多線程中，一個線程退出了也需要其他進程來等待，爲什麼線程也需要等待呢？
已經退出的線程，其空間還沒有退出，仍然在進程的地址空間內。當再創建新的線程也不會複用剛剛纔退出線程的空間。這就造成進程內部資源的浪費，相當於殭屍進程中的資源泄漏。同一進程內部的其他線程可以通過pthread_jion函數獲取線程的退出信息。
int pthread_jion（pthread thread，void** value_ptr）；
參數：thread爲需要進行等待的線程id
value_ptr是用於獲取線程的退出信息的。
返回值：等待成功返回0，失敗返回錯誤碼。
說明：調用pthread_jion函數的線程會一直阻塞，直到指定的線程調用pthread_exit退出或者從啓動例程中返回或者被取消。如果是從啓動例程中返回，那麼value_ptr將包含返回碼。如果是被取消了，那麼，value_ptr指定的內存單元就會被置爲PTHREAD_CANCELED（#define PTHREAD_CANCELED （void* -1））。如果只是想要在指定線程結束後再執行，並不想知道線程的具體退出信息，調用的時候可以將第二個參數value_ptr設置爲NULL。
線程的分離
默認情況下，新創建的線程是可結合的（jionable）,需要對其進行pthread_jion操作，否則無法釋放資源，從而造成系統泄露。如果我們不關心線程的返回值，jion就變成了一種負擔，爲了減少這種負擔，當我們認爲線程的返回值不重要的時候，可以提前告訴系統，當線程退出時，自動釋放資源。這就是線程的分離。
線程的分離是通過函數thread_detach實現的。
int pthread_detach(pthread_t thread)；
參數：thread是要進行分離的線程的id。
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤碼。
線程分離可以是被動的（被同一個進程裏邊的其他線程分離），也可以是主動的（自己將自己分離）。pthread_detach ( pthread_self() )；
jionable和分離是相互矛盾的，一個線程不能既是jionable的又是分離的。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_t ptid;
void* thread_run(void* arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
printf("%s\n",(char*)arg);
return (void*)0;
}
int main()
{
int ret;
ret = pthread_create(&ptid,NULL,thread_run,"new thread is running");
if(ret != 0)
{
printf("can't create a thread\n");
exit(0);
}
sleep(1);
ret = pthread_join(ptid,NULL);
if(ret == 0)
printf("thread wait success\n");
else
printf("thread wait failure\n");
return 0;
}
上邊這個例子在主線程裏邊創建一個新線程並使用pthread_join函數等待新線程，然後，讓新線程自我分離。如果等待不成功，說明等待與分離是相互矛盾的。
結果表明等待失敗，分離後的線程是不能被等待的，如果等待，一定會等待失敗。