如果多个线程加入一个线程，为什么它是未定义的？答案

【问题标题】：Why is it undefined if multiple threads join a thread?如果多个线程加入一个线程，为什么它是未定义的？
【发布时间】：2019-09-10 14:57:44
【问题描述】：

如果我有多个线程并且我想等待一个线程完成，为什么根据 pthread_join() 函数这是未定义的？

例如，下面的代码显示线程 1 和 2 等待线程 0：

void* thread1(void* t1){
..
pthread_join(pthread_t thread0, void **retval1);
return NULL
}

void* thread2(void* t2){
..
pthread_join(pthread_t thread0, void **retval2);
return NULL
}

为什么这种行为是未定义的，或者换句话说是不可能的？

【问题讨论】：

我认为这个例子需要代码，因为你在这里似乎有一个误解。两个线程的连接不是对称操作。 IE。如果线程A1加入B，然后线程A2加入B就可以了。这意味着B等待A1完成，然后等待A2完成。不能让 B1 和 B2 都等待线程 A 完成。
后一种情况就是我所指的。我将包含代码来说明这一点。
顺便说一句，请注意，POSIX 还使线程 B 无法等待 A1 and A2 或 A1 or A2。你必须等待A1，然后等待A2，如果你不知道哪个会先完成，这有点麻烦。相比之下，Windows 有WaitForMultipleObjects。这远更加灵活。
@MSalters 我知道线程只能在 linux 中等待一个线程，但我不明白为什么多个线程不能等待一个线程完成。是什么阻止他们这样做？
您是在问为什么不能调用 pthread_join 两次，还是在寻求一种方法来完成您正在尝试做的事情？

标签： c linux multithreading pthreads

【解决方案1】：

pthread_t 对象通常会指向与线程相关的一些已分配数据。这些数据当中一般会是线程的返回值。 pthread_join 将读取返回值并释放线程数据。

如果你pthread_join 两次相同的 pthread id，你就会遇到双重释放的情况。指向的数据在第二次连接时可能无效，但它也可能被另一个线程以不可预知的方式重用。

结果很难/不可能推理。因此，UB。

【讨论】：

为了避免这样的问题，为什么不把它放在堆栈中呢？
@duper21：把什么放在什么栈里？
@duper21 线程需要自己的堆栈。您只能在堆栈中容纳这么多堆栈，并且堆栈分配的线程数据将在 pthread_create-caller 时失效（pthread_create 还需要是一个宏，否则它将无法在其“调用者”中分配堆栈数据“）回来。线程应该是堆分配的（或等效的）。
@PSkocik 是否正确地说返回值必须可供其他线程使用，因此必须放在堆中，这就是可能出现“双重释放”问题的原因？
@duper21：哪个堆栈？ thread0 在thread1 加入后不会有堆栈，所以thread2 仍然失败。并且前面的 C 不会知道 thread1 将进行连接，因此它也不能使用该堆栈。

【解决方案2】：

基本上，thread0 的retval 会一直存储到一个线程调用pthread_join。之后，retval 将不再可用。

C++ 有std::shared_future，它被明确地设计成多个线程可以等待一个结果，这表明你的想法并不奇怪。

【讨论】：

如果它包含在 C++ 中，为什么它在 C 中不可用？
@duper21：C++ 有析构函数，因此很容易跟踪有多少std::shared_future 实例在等待结果。 C 无法跟踪仍然存在多少 pthread_t 值。

【解决方案3】：

pthread_join 是一种资源标识符释放操作，例如文件描述符上的close、分配的内存上的free、文件名上的unlink 等等。所有这些操作本质上都受“双重释放”的约束/"use-after-free" 如果标识符（这里是构成pthread_t 值的特定位模式）将来可以再次使用，则会出现错误。因此，行为必须要么完全未定义，要么受制于使其成为严重编程错误的条件，甚至可能是未定义的。

请注意，在您的心智模型中，您可能会想到两个pthread_join 调用“在线程退出之前开始”，因此发生在pthread_t 标识符仍然有效的时间。然而，形式上它们之间没有顺序，也不可能存在。 “已经在pthread_join 中被阻止”和“即将调用pthread_join”状态之间没有明显的区别。

【讨论】：