【linux 多线程并发】线程退出自动清理函数的使用，释放线程申请的资源，异常退出自动调用

线程退出回调函数

?专栏内容：

• 参天引擎内核架构
  本专栏一起来聊聊参天引擎内核架构，以及如何实现多机的数据库节点的多读多写，与传统主备，MPP的区别，技术难点的分析，数据元数据同步，多主节点的情况下对故障容灾的支持。

• 手写数据库toadb
  本专栏主要介绍如何从零开发，开发的步骤，以及开发过程中的涉及的原理，遇到的问题等，让大家能跟上并且可以一起开发，让每个需要的人成为参与者。
  本专栏会定期更新，对应的代码也会定期更新，每个阶段的代码会打上tag，方便阶段学习。

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前言

现代的CPU都是多core处理器，而且在intel处理器中每个core又可以多个processor，形成了多任务并行处理的硬件架构，在服务器端的处理器上架构又有一些不同，传统的采用SMP，也就是对称的多任务处理架构，每个任务都可以对等的访问所有内存，外设等，而如今在ARM系列CPU上，多采用NUMA架构，它将CPU核分了几个组，给每个组的CPU core分配了对应的内存和外设，CPU访问对应的内存和外设时速度最优，跨组访问时性能会降底一些。

随着硬件技术的持续发展，它们对一般应用的性能优化能力越来越强，同时对于服务器软件的开发，提出更高要求，要想达到极高的并发和性能，就需要充分利用当前硬件架构的特点，对它们进行压榨。那么，我们的应用至少也是要采用多任务架构，不管是多线程还是多进程的多任务架构，才可以充分利用硬件的资源，达到高效的处理能力。

当然多任务框架的采用，不仅仅是多线程的执行，需要对多任务下带来的问题进行处理，如任务执行返回值获取，任务间数据的传递，任务执行次序的协调；当然也不是任务越多处理越快，要避免线程过多导致操作系统夯住，也要防止任务空转过快导致CPU使用率飙高。

本专栏主要介绍使用多线程与多进程模型，如何搭建多任务的应用框架，同时对多任务下的数据通信，数据同步，任务控制，以及CPU core与任务绑定等相关知识的分享，让大家在实际开发中轻松构建自已的多任务程序。

概述

在线程运行的过程中，会有一些线程私有的数据，在退出时需要线程自己来清理，或者在线程退出时，需要通知其它线程。在实际线程运行时，对于正常预期的退出，我们可以添加代码进行处理，但是对于线程异常处理部分，有些异常需要线程立即退出，这些地方我们很难预期。

如何在线程退出时，自动调用我们定义的清理函数呢？

线程库的设计者已经早早就考虑到了这一点，设计了退出清理回调函数的栈，线程退出时按压入栈的次序，依次从栈顶弹出回调函数执行。下面我们来看它们的详细使用方法。

接口说明

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

• 参数说明
  routine, 用户定义的清理函数；
  arg, 用户定义的清理函数的入参；
  execute, 是否要执行弹出的清理函数；取值为0时，不执行；大于0，执行；

使用说明

清理回调机制的使用分为两个阶段；

• 装载清理函数

在线程开始阶段，将定义的清理函数压入栈，当有多个清理函数时，压栈的顺序需要用户自定义，尽量与资源申请的顺序保持一致，避免清理顺序错位；

需要注意的是，该步骤最好在没有错误发生，或者资源申请之前。

• 清理函数执行

在线程处理完成后，对清理函数弹出栈，在弹出栈的同时，还可以选择是否执行相应的清理函数；如果是正常执行，可能已经释放了相关资源。

当异常发生时，线程会提前退出，此时用户没有机会操作清理函数栈，也没有机会选择清理函数是否需要执行；在这种清况下，线程库会自动从栈中依次弹出清理函数，并且默认都会执行。

下面我们用两个线程来模拟正常退出和异常提前退出的情况。

示例代码

/* 
 * created by senllang 2023/12/24 
 * mail : study@senllang.onaliyun.com 
 * Copyright (C) 2023-2023, senllang
 */
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define THREAD_NAME_LEN 32
typedef struct ThreadData
{
	char threadName[THREAD_NAME_LEN];
	unsigned long threadId;
}ThreadData;

__thread ThreadData *pthreadData = NULL;

void threadCleanUp(void* arg)
{
	char *str = (char *)arg;
	
	if(pthreadData != NULL)
	{
		printf("[%lu][%s]cleanup process (%s)\n", pthreadData->threadId, pthreadData->threadName, str);
		free(pthreadData);
		pthreadData = NULL;
	}
	else 
	{
		printf("[%lu] no work will be doing (%s). \n", pthread_self(), str);
	}

	return;
}

void* thr1Func(void* arg)
{
    char *parg = (char *)arg;

	pthreadData = (ThreadData *)malloc(sizeof(ThreadData));
	memset(pthreadData, sizeof(ThreadData), 0x00);

	strncpy(pthreadData->threadName, parg, THREAD_NAME_LEN);
	pthreadData->threadId = pthread_self();

	pthread_cleanup_push(threadCleanUp, (char*)"first handler");
	pthread_cleanup_push(threadCleanUp, (char*)"second handler");
    printf("[%lu][%s]cleanup process push completed. \n", pthreadData->threadId, pthreadData->threadName);

	/* cleanup process will not be running. */
	pthread_cleanup_pop(1);
	pthread_cleanup_pop(1);

	return NULL;
}

void* thr2Func(void* arg)
{
	int ret = 2;
    char *parg = (char *)arg;

	pthreadData = (ThreadData *)malloc(sizeof(ThreadData));
	memset(pthreadData, sizeof(ThreadData), 0x00);

	strncpy(pthreadData->threadName, parg, THREAD_NAME_LEN);
	pthreadData->threadId = pthread_self();

	pthread_cleanup_push(threadCleanUp, (char*)"first handler");
	pthread_cleanup_push(threadCleanUp, (char*)"second handler");

    printf("[%lu][%s]cleanup process push completed. \n", pthreadData->threadId, pthreadData->threadName);

	/* make a error, exiting */
	if(ret == 2)
		pthread_exit(&ret);

	pthread_cleanup_pop(0);
	pthread_cleanup_pop(0);
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    int err;
	pthread_t	tid1, tid2, tid3;
	void	*ret;

	err = pthread_create(&tid1, NULL, thr1Func, "thread 1");
	if(0 != err)
		perror("can't create thread 1");

	err = pthread_create(&tid2, NULL, thr2Func, "thread 2");
	if(0 != err)
		perror("can't create thread 2");

 
	pthread_join(tid1, &ret);
	pthread_join(tid2, &ret);

	return 0;
}

总共创建两个线程，每个线程都有一个本地数据的指针，在线程运行时动态申请内存；为每个线程压入了两个清理函数；

• 线程一正常退出，选择执行清理函数
• 线程二模拟出错时，异常提前退出，而在正常退出时，我们选择不执行清理函数；

执行结果

[senllang@hatch example_05]$ make
gcc  -I./ -DTEST_PRO -lpthread -g -c cleanupThreads.c
gcc  -I./ -DTEST_PRO -lpthread -g cleanupThreads.o -o hatch-0-01
[senllang@hatch example_05]$ ./hatch-0-01 
[140455969638144][thread 2]cleanup process push completed. 
[140455978030848][thread 1]cleanup process push completed. 
[140455978030848][thread 1]cleanup process (second handler)
[140455978030848] no work will be doing (first handler). 
[140455969638144][thread 2]cleanup process (second handler)
[140455969638144] no work will be doing (first handler).

从结果可以看到，线程一退出时，两个清理函数都执行了。
线程二异常退出时，两个清理函数也都执行了，虽然我们在退出时选择不执行清理函数，但是系统在异常时自动弹出并默认执行了所有清理函数；

总结

线程退出时的清理函数栈，在实际应用程序代码设计时，会让代码运行的更加健壮，让多线程下，不论是异常退出还是正常退出，都有机会来对线程中用户资源的清理。

本文所涉及的代码已经上传到工程hatchCode, 在multipleThreads/example_05目录下，请大家点star，后续文章的代码也会上传到此工程。

结尾

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作者邮箱：study@senllang.onaliyun.com
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