mirror of
https://github.com/Light-City/CPlusPlusThings.git
synced 2026-10-29 03:14:06 +08:00
dfe1c933b3
- const README: rewrite the space-saving claim per issue #5 follow-ups (constant-expression const vs #define immediates; which const qualify as constant expressions) - const README: fix the class-section diagnosis per issue #338 (overload resolution picks the const overload; the restriction only surfaces once that overload is removed) - sizeof README: virtual-inheritance result is compiler-dependent (GCC merges vbptr+vfptr -> 16, MSVC keeps them separate -> 32) #246 - static README: new section on internal linkage / access restriction with anonymous-namespace comparison #142 - 10-day practice: full problem list table + fixed day links #136 - new design_pattern/singleton/singleton_default.hpp: reusable thread-safe CRTP singleton template, compile+concurrency tested #303
252 lines
6.5 KiB
Markdown
252 lines
6.5 KiB
Markdown
> 本文档由 [C++那些事网站](https://light-city.github.io/stories_things/cpp-concurrency/threading-in-cpp/) 同步生成，网站版本含多语言与更新排版。
|
||
|
||
# C++ 多线程入门
|
||
|
||
[TOC]
|
||
|
||
本文中的所有代码见《C++那些事》仓库。
|
||
|
||
> https://github.com/Light-City/CPlusPlusThings
|
||
|
||
## 1.理解线程与进程
|
||
|
||
线程是调度的基本单位 进程是资源分配的基本单位。可以把一个程序理解为进程，进程又包含多个线程。
|
||
|
||
例如：浏览器是个进程，而每开一个tab就是一个线程。
|
||
|
||
两者简单区别：
|
||
|
||
- **地址空间和其它资源**：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
|
||
- **通信**： 进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
|
||
- **调度和切换**：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
|
||
- 在**多线程OS**中，进程不是一个可执行的实体。
|
||
|
||
至于IPC通信与线程通信后面会新开一篇文章。
|
||
|
||
## 2.五种创建线程的方式
|
||
|
||
- 函数指针
|
||
- Lambda函数吧
|
||
- Functor(仿函数)
|
||
- 非静态成员函数
|
||
- 静态成员函数
|
||
|
||
### 2.1 函数指针
|
||
|
||
```cpp
|
||
// 1.函数指针
|
||
void fun(int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
}
|
||
// 调用
|
||
std::thread t1(fun, 10);
|
||
t1.join();
|
||
```
|
||
|
||
### 2.2 Lambda函数
|
||
|
||
```cpp
|
||
// 注意：如果我们创建多线程 并不会保证哪一个先开始
|
||
int main() {
|
||
// 2.Lambda函数
|
||
auto fun = [](int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
};
|
||
// std::1.thread t1(fun, 10);
|
||
// 也可以写成下面：
|
||
std::thread t1_1([](int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
}, 11);
|
||
// std::1.thread t2(fun, 10);
|
||
// t1.join();
|
||
t1_1.join();
|
||
// t2.join();
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.3 仿函数
|
||
|
||
```cpp
|
||
// 3.functor (Funciton Object)
|
||
class Base {
|
||
public:
|
||
void operator()(int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
}
|
||
};
|
||
// 调用
|
||
thread t(Base(), 10);
|
||
t.join();
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4 非静态成员函数
|
||
|
||
```cpp
|
||
// 4.Non-static member function
|
||
class Base {
|
||
public:
|
||
void fun(int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
}
|
||
};
|
||
// 调用
|
||
thread t(&Base::fun,&b, 10);
|
||
t.join();
|
||
```
|
||
|
||
### 2.5 静态成员函数
|
||
|
||
```cpp
|
||
// 4.Non-static member function
|
||
class Base {
|
||
public:
|
||
static void fun(int x) {
|
||
while (x-- > 0) {
|
||
cout << x << endl;
|
||
}
|
||
}
|
||
};
|
||
// 调用
|
||
thread t(&Base::fun, 10);
|
||
t.join();
|
||
```
|
||
|
||
## 3.join与detach
|
||
|
||
### 3.1 join
|
||
|
||
- 一旦线程开始，我们要想等待线程完成，需要在该对象上调用join()
|
||
- 双重join将导致程序终止
|
||
- 在join之前我们应该检查显示是否可以被join,通过使用joinable()
|
||
|
||
```cpp
|
||
void run(int count) {
|
||
while (count-- > 0) {
|
||
cout << count << endl;
|
||
}
|
||
std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
|
||
}
|
||
|
||
int main() {
|
||
thread t1(run, 10);
|
||
cout << "main()" << endl;
|
||
t1.join();
|
||
if (t1.joinable()) {
|
||
t1.join();
|
||
}
|
||
cout << "main() after" << endl;
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 3.2 detach
|
||
|
||
- 这用于从父线程分离新创建的线程
|
||
- 在分离线程之前，请务必检查它是否可以joinable，否则可能会导致两次分离，并且双重detach()将导致程序终止
|
||
- 如果我们有分离的线程并且main函数正在返回，那么分离的线程执行将被挂起
|
||
|
||
```cpp
|
||
void run(int count) {
|
||
while (count-- > 0) {
|
||
cout << count << endl;
|
||
}
|
||
std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
|
||
}
|
||
|
||
int main() {
|
||
thread t1(run, 10);
|
||
cout << "main()" << endl;
|
||
t1.detach();
|
||
if(t1.joinable())
|
||
t1.detach();
|
||
cout << "main() after" << endl;
|
||
return 0;
|
||
|
||
```
|
||
|
||
## 4.临界区与互斥量
|
||
|
||
### 4.1 什么是临界区(Critical Sections)？
|
||
|
||
临界段是一段代码，如果要使程序正确运行，一次只能由一个线程执行。如果两个线程(或进程)同时执行临界区内的代码，则程序可能不再具有正确的行为。
|
||
|
||
### 4.2 只是增加一个变量是临界区吗?
|
||
|
||
可能是吧。
|
||
|
||
增加变量（i ++）的过程分三个步骤：
|
||
|
||
- 将内存内容复制到CPU寄存器。 load
|
||
- 在CPU中增加该值。 increment
|
||
- 将新值存储在内存中。 store
|
||
|
||
如果只能通过一个线程访问该内存位置（例如下面的变量i），则不会出现争用情况，也没有与i关联的临界区。 但是sum变量是一个全局变量，可以通过两个线程进行访问。 两个线程可能会尝试同时增加变量。
|
||
|
||
```cpp
|
||
#include <iostream>
|
||
#include <mutex>
|
||
#include <thread>
|
||
|
||
using namespace std;
|
||
|
||
int sum = 0; //shared
|
||
|
||
mutex m;
|
||
|
||
void *countgold() {
|
||
int i; //local to each thread
|
||
for (i = 0; i < 10000000; i++) {
|
||
sum += 1;
|
||
}
|
||
return NULL;
|
||
}
|
||
|
||
int main() {
|
||
thread t1(countgold);
|
||
thread t2(countgold);
|
||
|
||
//Wait for both threads to finish
|
||
t1.join();
|
||
t2.join();
|
||
|
||
cout << "sum = " << sum << endl;
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
上面代码的典型输出是sum总和为20000000。由于存在竞争条件，每次运行程序都会打印不同的总和。 该代码不会阻止两个线程同时读写总和。 例如，两个线程都将sum的当前值复制到运行每个线程的CPU中（让我们选择123）。 两个线程都将一个递增到自己的副本。 两个线程都写回该值（124）。 如果线程在不同时间访问了总和，则计数将为125。
|
||
|
||
### 4.3 如何确保一次只有一个线程可以访问全局变量?
|
||
|
||
如果一个线程当前处于临界区，我们希望另一个线程等待，直到第一个线程完成。为此，我们可以使用**互斥锁(**互斥的缩写)。
|
||
|
||
互斥锁形象比喻：
|
||
|
||
|
||
|
||
一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫["互斥锁"](http://zh.wikipedia.org/wiki/互斥锁)（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
|
||
|
||
```cpp
|
||
m.lock();
|
||
sum += 1;
|
||
m.unlock();
|
||
```
|
||
|
||
上述代码就可以正常输出：`sum = 20000000`。
|
||
|
||
## 参考资料
|
||
|
||
> http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html?utm_source=com.ideashower.readitlater.pro&utm_medium=social&utm_oi=35626384621568
|
||
|
||
> https://www.youtube.com/watch?v=eZ8yKZo-PGw&list=PLk6CEY9XxSIAeK-EAh3hB4fgNvYkYmghp&index=4 |