c++11 新特性实战 (一):多线程操作

c++11多线程操作

  • 线程

    • thread
    int main()
    {
        thread t1(Test1);
        t1.join();
        thread t2(Test2);
        t2.join();
        thread t3 = t1;
        thread t4(t1);
        thread t5 = std::move(t1);
        thread t6(std::move(t1));
        return 0;
    }
    

    t3,t4创建失败,因为thread的拷贝构造和赋值运算符重载的原型是:

    thread(const thread&) = delete;
    thread& operator=(const thread&) = delete;
    

    被禁用了,但是t5, t6线程是创建成功的。std::move把t1转换为右值,调用的是函数原型为thread& operator=(thread&& _Other) noexceptthread(thread&& _Other) noexcept

    当线程对象t1被移动拷贝和移动赋值给t5和t6的时候,t1就失去了线程控制权,也就是一个线程只能同时被一个线程对象所控制。最直观的是t1.joinable()返回值为false,joinable()函数后面介绍。

    使用类成员函数作为线程参数

    class Task
    {
    public:
        Task(){}
        void Task1() {}
        void Task2() {}
    private:
    };
    
    int main()
    {
        Task task;
        thread t3(&Task::Task1, &task);
        t3.join();
        return 0;
    }
    

    关键点是要创建一个类对象,并作为第二个参数传入thread()线程的构造函数中去。

  • 管理当前线程的函数

    • yield

    此函数的准确性为依赖于实现,特别是使用中的 OS 调度器机制和系统状态。例如,先进先出实时调度器( Linux 的 SCHED_FIFO )将悬挂当前线程并将它放到准备运行的同优先级线程的队列尾(而若无其他线程在同优先级,则 yield 无效果)。

    #include 
    #include 
    #include 
     
    // 建议其他线程运行一小段时间的“忙睡眠”
    void little_sleep(std::chrono::microseconds us)
    {
        auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        auto end = start + us;
        do {
            std::this_thread::yield();
        } while (std::chrono::high_resolution_clock::now() < end);
    }
     
    int main()
    {
        auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
     
        little_sleep(std::chrono::microseconds(100));
     
        auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
        std::cout << "waited for "
                  << std::chrono::duration_cast(elapsed).count()
                  << " microseconds\n";
    }
    
    • get_id

    这个函数不用过多介绍了,就是用来获取当前线程id的,用来标识线程的身份。

     std::thread::id this_id = std::this_thread::get_id();
    
    • sleep_for

    位于this_thread命名空间下,msvc下支持两种时间参数。

    std::this_thread::sleep_for(2s);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    
    • sleep_untile

    参数构建起来挺麻烦的,一般场景下要求线程睡眠的就用sleep_for就行了

    using std::chrono::system_clock;
    time_t tt = system_clock::to_time_t(system_clock::now());
    struct std::tm *ptm = localtime(&tt);
     std::this_thread::sleep_until(system_clock::from_time_t(mktime(ptm)));
    
  • 互斥

    • mutex

    对于互斥量看到一个很好的比喻:

    单位上有一台打印机(共享数据a),你要用打印机(线程1要操作数据a),同事老王也要用打印机(线程2也要操作数据a),但是打印机同一时间只能给一个人用,此时,规定不管是谁,在用打印机之前都要向领导申请许可证(lock),用完后再向领导归还许可证(unlock),许可证总共只有一个,没有许可证的人就等着在用打印机的同事用完后才能申请许可证(阻塞,线程1lock互斥量后其他线程就无法lock,只能等线程1unlock后,其他线程才能lock),那么,这个许可证就是互斥量。互斥量保证了使用打印机这一过程不被打断。

    代码示例:

    mutex mtx;
    
    int gNum = 0;
    void Test1()
    {
        mtx.lock();
        for(int n = 0; n < 5; ++n)
            gNum++;
        mtx.unlock();
    }
    
    void Test2()
    {
        std::cout << "gNum = " << gNum << std::endl;
    }
    
    int main()
    {
        thread t1(Test1);
        t1.join();
        thread t2(Test2);
        t2.join();
        return 0;
    }
    
    

    join()表示主线程等待子线程结束再继续执行,如果我们的期望是打印循环自增之后的gNum的值,那t1.join()就放在t2创建之前调用。因为t2的创建就标志着t2线程创建好然后开始执行了

    通常mutex不单独使用,因为lock和unlock必须配套使用,如果忘记unlock很可能造成死锁,即使unlock写了,但是如果在执行之前程序捕获到异常,也还是一样会死锁。如何解决使用mutex造成的死锁问题呢?下面介绍unique_gard和lock_guard的时候详细说明。

    • timed_mutex

    提供互斥设施,实现有时限锁定

    • recursive_mutex

    提供能被同一线程递归锁定的互斥设施

    • recursive_timed_mutex

    提供能被同一线程递归锁定的互斥设施,并实现有时限锁定

  • 通用互斥管理

    • lock_guard
    void Test1()
    {
        std::lock_guard lg(mtx);
        for(int n = 0; n < 5; ++n)
        {
            gNum++;
            std::cout << "gNum = " << gNum << std::endl;
        }
    }
    int main()
    {
        thread t1(Test1);
        thread t2(Test1);
        t1.join();
        t2.join();
        return 0;
    }
    

    lock_guard相当于利用RAII机制(“资源获取就是初始化”)把mutex封装了一下,在构造中lock,在析构中unlock。避免了中间过程出现异常导致的mutex不能够正常unlock.

    • scoped_lock(c++17)
    • unique_lock
    • defer_lock_t
    • try_to_lock_t
    • adopt_lock_t
    • defer_lock
    • try_to_lock
    • adopt_lock
  • 通用锁算法

    • try_lock
    • lock
  • 单次调用

    • once_flag
    • call_once
  • 条件变量

    • condition_variable
    • condition_variable_any
    • notify_all_at_thread_exit
    • cv_status
  • Future

    • promise
    • packaged_task
    • future
    • shared_future
    • async
    • launch
    • future_status
    • Future错误
      • future_error
      • future_category
      • future_errc

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