C++ 并发编程的一种思维

愈发紧迫的挑战

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现今，单台机器拥有多个独立的计算单元已经太常见了，这点在服务器的处理器上表现尤为明显，据 AMD 的一张 2012-2013 服务器路线图显示，服务器处理器的核心数将在 2013 年达到 20 颗之多。合理的利用 CPU 资源已是一个不得不考虑的问题。不少 C++ 程序员依然使用着多线程模型，但是对多线程的掌控并不是一件容易的事情，开发中容易出错、难以调试。有些开发者为了避免多线程带来的复杂度而弃用多线程，有些开发者则另投其他语言阵营，例如 Erlang。其实我们还有其他的选择，Theron 就是其中之一。

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什么是 Theron？

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Theron 是一个用于并发编程的 C++ 库（http://www.theron-library.com/），通过 Theron 我们可以避免多线程开发中各种痛处，例如：共享内存、线程同步。Theron 通过 Actor 模型向我们展示了另一种思维。

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什么是 Actor 模型？

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Erlang 因为其优秀的并发特性而被大家所关注，而其并发特性的关键之一就是在于其采用了 Actor 模型（http://c2.com/cgi/wiki?ErlangLanguage）。与 Actor 模型相对应的模型则是我们在面向对象编程中使用的 Object 模型，Object 模型中宣扬，一切皆为 Object（对象），而 Actor 模型则认为一切皆为 Actor。Actor 模型中，Actor 之间通过消息相互通信，这是其和 Object 模型的一个显著的区别，换而言之 Actor 模型使用消息传递机制来代替了 Object 模型中的成员方法调用。这样做意义重大，因为相对于成员方法的调用来说，消息的发送是非阻塞的，它无需等待被调用方法执行完成就可以返回，下图显示了此种区别：

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A::a() 调用了 objB.b()，此时 A::a() 必须等待 B::b() 的返回才能继续执行。在 Actor 模型中，对应的做法是 Actor A 向 Actor B 发送消息并立即返回，这时候 Actor A 可以继续执行下去，与此同时 Actor B 收到消息被唤醒并和 Actor A 并行执行下去。

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Theron 中的每个 Actor 都会绑定一个唯一的地址，通过 Actor 的地址就可以向其发送消息了，每个 Actor 都有一个消息队列。从编码者的角度看来，每实例化一个 Actor 都创建了一个和 Actor 相关的“线程”（非系统级的线程）。每个 Actor 总是被单线程的执行。总结来说 Theron 的并发特性的关键就在于：每个 Actor 在属于自己的单个“线程”中执行，而多个 Actor 并发执行。

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Hello Theron

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在谈及更多内容之前，我们先来看看 Theron 的一个简单的范例，借以获得一个最直观的印象。在 http://www.theron-library.com/ 可以下载到 Theron 的最新版，Theron 提供了 makefile 便于 gcc 用户编译，同时其也为 Windows 用户提供了 Visual Studio solution 文件 Theron.sln 用于构建 Theron。编译 Theron 很容易，不会有太多的障碍，需要注意的是构建 Theron 需要指定依赖的线程库，Theron 支持三种线程库：std::thread（C++11 标准线程库）、Boost.Thread 和 Windows threads。使用 makefile 构建时，通过 threads 参数指定使用的线程库（更为详细的信息参考：http://www.theron-library.com/index.php?t=page\u0026amp;p=gcc），使用 Visual Studio 构建时，通过选择适当的 Solution configuration 来指定使用的线程库（更为详细的信息参考：http://www.theron-library.com/index.php?t=page\u0026amp;p=visual studio)。下面我们来看一个最简单的范例：

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\\#include \u0026lt;stdio.h\u0026gt;\\#include \u0026lt;Theron/Framework.h\u0026gt;\#include \u0026lt;Theron/Actor.h\u0026gt;\\// 定义一个消息类型\// 在 Theron 中，任何类型都可以作为一个消息类型\// 唯一的一个约束是消息类型的变量能够被拷贝的\// 消息按值发送（而非发送它们的地址）\struct StringMessage\{\    char m_string[64];\};\\// 用户定义的 Actor 总需要继承于 Theron::Actor\// 每个 Actor 和应用程序的其他部分通信的唯一途径就是通过消息\class Actor : public Theron::Actor\{\public:\    inline Actor()\    {\        // 注册消息的处理函数\        RegisterHandler(this, \u0026amp;Actor::Handler); \    }\\private:\    // 消息处理函数的第一个参数指定了处理的消息的类型\    inline void Handler(const StringMessage\u0026amp; message, const Theron::Address from) \    { \        printf(\"%s\\