关于pthread_join函数阻塞主线程及多线程执行逻辑的技术咨询

核心结论 #

pthread_join() 的核心作用就是阻塞调用它的线程（此处为你的主线程），直到指定的子线程完全终止，之后调用线程才会恢复执行后续代码。

针对你的疑问逐一解释 #

1. 手册描述的准确含义 #

Linux 手册中对 pthread_join() 的说明：

The pthread_join() function waits for the thread specified by thread to terminate

这句话的准确解读：

• 调用 pthread_join() 的线程（比如主线程）会进入阻塞状态，暂停执行后续代码；
• 子线程与主线程在调用 pthread_create() 后是独立并行运行的，但主线程执行到 pthread_join() 时会停在这里，必须等指定子线程跑完才会继续；
• 不是说主线程“只能在子线程结束后才能结束”——如果主线程不调用 pthread_join()，它可以先于子线程结束，此时子线程会变成“孤儿线程”由系统接管，但你的代码里因为调用了 pthread_join()，所以主线程必须等子线程结束才能执行后续循环，最终结束进程。

2. 单线程测试的现象本质 #

你运行单线程代码时，子线程先跑完10000次循环，主线程才执行后续100次循环，这正是 pthread_join() 阻塞特性的体现：

• 主线程调用 pthread_create() 后，子线程立刻开始执行 function 中的循环；
• 主线程继续执行到 pthread_join(start, NULL)，此时子线程还在运行，主线程被阻塞，暂停在此处；
• 直到子线程完成所有循环、线程终止，pthread_join() 才会返回，主线程才会继续执行后面的for循环。

3. 多子线程时的协调逻辑 #

当你取消注释创建两个子线程后，Child1 和 Child2 输出交叉，且主线程要等两个子线程都结束才继续，原因如下：

• 两次调用 pthread_create() 后，Child1 和 Child2 会被操作系统调度，并行执行（CPU会在两个线程间快速切换，所以输出交叉）；
• 主线程先调用 pthread_join(start, NULL)，此时会阻塞直到 Child1 终止；
• Child1 终止后，主线程继续执行下一行 pthread_join(start_2, NULL)，再次阻塞直到 Child2 终止；
• 只有当两个 pthread_join() 都返回后，主线程才会进入最后的100次循环。

整理后的测试代码 #

#define _GNU_SOURCE
#include<stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <sched.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include "../utils/memory_utils.h"
#include "../utils/cache_utils.h"
#include "../utils/misc_utils.h"


void function(char *str){
   for(int i=0;i<10000;i++){
     printf("%s thread: %d\n", str, i);
   }
}


int main(){
  char *str = "string";
  pthread_t start,start_2;
   if (pthread_create(&start, NULL, (void *)function, "Child1") != 0) {
    perror("pthread_create: trojan");
  }

  if (pthread_create(&start_2, NULL, (void *)function, "Child2") != 0) {
    perror("pthread_create: trojan");
  }

   pthread_join(start, NULL);
   pthread_join(start_2, NULL);

   for(int i=0;i<100;i++){
     printf("Parent thread: %d\n", i);
   }
  
  return 0;
}

额外补充 #

• 如果不想让主线程阻塞，可以不调用 pthread_join()，但要注意：主线程结束后整个进程会终止，所有子线程会被强制杀死，因此如果需要子线程完成任务，pthread_join() 是最安全的等待方式；
• 多个 pthread_join() 的调用顺序不影响子线程的执行顺序——子线程的调度由操作系统决定，pthread_join() 只是单纯等待指定线程结束，不会干预其他线程的运行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Gerrie