C++11多线程与并发控制

C++11中封装了一套跨平台的线程库以及配套的并发控制库，这里一起记录一下

一、Thread库

C++11中封装了一套线程库，位于thread文件中，具有基本的线程需要的各类函数。

如下显示了一个基本的线程操作流程：

#include 
#include >
using namespace std;

void ThreadFunc(int nThreadNum)
{
	cout << "INFO: Num is " << nThreadNum << endl;
}

int main()
{
	thread TestThread(ThreadFunc, 1);
	cout << TestThread.get_id() << endl;

	TestThread.join();
	return 0;
}

线程初始化时传入的第一个参数为线程执行的函数，后续可以传入可变参数用于线程函数的参数。主线程可以用get_id获取对应的线程id，需要注意的是，此id并不是系统分配的那个id，获取系统id需要各个操作系统原生的接口。除了一般的函数，也可以传入类对象的成员函数，如

ThreadFuncObj TestObj;
thread TestThread(&ThreadFuncObj::ThreadFunc, &TestObj, 1);

注意上面代码中，由于ThreadFuncObj::ThreadFunc是非静态，因此必须加&来创建一个该类型的函数指针，如果是静态成员函数则不用加，此时编辑器会默认是一个函数指针

二、互斥量mutex

c++11也提供了一套mutex库，用于多线程对共享变量的访问控制。所有相关类都在头文件中。一共有4个互斥类

序号	名称	用途
1	std::mutex	最基本也是最常用的互斥类
2	std::recursive_mutex	同一线程内可递归(重入)的互斥类
3	std::timed_mutex	除具备mutex功能外，还提供了带时限请求锁定的能力
4	std::recursive_timed_mutex	同一线程内可递归(重入)的timed_mutex

基本操作是lock、try_lock、unlock三种。下面是个简单示例

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void AddCount(mutex &mutexTest, int &nCount)
{
	for (int i = 0; i < 1000; ++i)
	{
		mutexTest.lock();
		++nCount;
		mutexTest.unlock();
	}
}

int main()
{
	thread arrThreads[5];
	mutex mutexTest;
	int nCount = 0;

	for (auto& threadIte : arrThreads)
	{
		threadIte = thread(AddCount, ref(mutexTest), ref(nCount));
	}
	for (thread& threadIte : arrThreads)
	{
		threadIte.join();
	}
	cout << nCount << endl;

	return 0;
}

在上面例子中，如果把lock改为try_lock，则可能导致最终输出小于5000，此外还需注意两点：

1. C++11新增的for(a : b)这种操作类似于python里面的for a in b，注意，如果要在遍历时操作b里面的a，如改变a的值等，则需要加引用符号&。不加也能操作，但对象就是一个拷贝的对象，而不是b里面的a。如上述例子，threadIte没有加引用，则会报错，因为thread不支持拷贝构造。
2. 对于线程的传参，需要用ref()来标识引用参数，不然会报错

三、MutexLockGuard

C++的RAII特性被应用在很多地方，mutex库也提供了一套lock_guard类，使得程序可以实现在构造函数中锁定mutex，在析构中解锁。

最基础的是lock_guard模板

lock_guard _guard(mutexTest);

lock_guard模板提供了最基本的RAII特性来操作mutex。此外还可以用unique_lock，unique_lock提供了更多的接口，比如构造之后还可以进行解锁，而不用非得等到析构的时候才解锁

unique_lock _guard(mutexTest);
_guard.unlock();

相比lock_guard，unique_lock要更加灵活，但占用空间与效率也因此要慢一些

四、条件变量wait与notify

C++11同时也提供了条件变量来配合mutex，从而可以实现信号量的控制机制。基本操作就是wait+notify_one/notify_all

void AddCount(mutex& mutexTest, condition_variable &cv, int& nCount)
{
	for (int i = 0;i < 100; ++i)
	{ 
		unique_lock _guard(mutexTest);
		nCount += 1;
		cv.notify_one();
	}
}

void Subcount(mutex& mutexTest, condition_variable& cv, int& nCount)
{
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		unique_lock _guard(mutexTest);
		if (nCount <= 0)
			cv.wait(_guard);
		nCount -= 0;
	}
}

当调用wait时，线程会把传入的互斥量解锁，并等待对应的信号量，当收到其他线程的notify信号后，会重新尝试锁定互斥量，并执行wait之后的程序。

如果要用条件变量condition_variable类，则必须要使用unique_lock提供的互斥量类，如果想使用其他类型，则可以用condition_variable_any。