C++学习记录：多线程相关

C++学习记录：多线程相关

  之前学过一点C语言多线程方面的内容(pthread.h)，但是仅仅是会用，对多线程的实现原理什么的基本上算是不了解。接下来，我的网络编程学习要进一步对代码进行优化，其中肯定少不了对多线程的运用，所以在进行下一步之前，先系统的学习一下多线程。
  本篇学习记录使用的语言为C++，调用的线程库为C++11里的std::thread库。

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零、基本概念

  一个进程可以有多个线程，而一个线程只能属于一个进程。

  单核CPU的多线程执行为每条线程代码执行一段时间后进行切换，实际还是为同时进行一条线程，因为切换的速度很快，给人一种同时进行的错觉；而多核CPU的多线程执行为同时进行多条线程，当线程数量大于核数量时，也会进行线程的切换，保证线程的进行。

  多线程的执行是抢占式的，即多条线程下，没有运行顺序的规律，

一、基本线程创建 thread

如下所示，新建一个thread对象，构造函数传参第一个为线程执行函数，随后为执行函数的传参。

#include
using namespace std;

thread *t1 = new thread(work,1111);  

void work(int a)
{
     
	for(int n=0;n<a;n++)
	{
     
		printf("%d\n",a);
	}	
}

如下所示，新建一个thread数组，构造函数传参第一个为线程执行函数，随后为执行函数的传参。

#include
using namespace std;

thread *t[4];
for(int n=0;n<4;n++)
{
     
	t[n] = new thread(work,n);
}

void work(int a)
{
     
	for(int n=0;n<a;n++)
	{
     
		printf("%d\n",a);
	}	
}

二、等待/分离 join/detach

  join是在main函数中等待线程执行完才继续执行main函数，detach则是把该线程分离出来，不管这个线程执行得怎样，往下继续执行main函数。

• join操作会等待线程执行完毕，然后回收该线程资源；detach操作则不会等待线程完成，线程资源的回收由init进程完成。

#include
using namespace std;

thread *t[4];
for(int n=0;n<4;n++)
{
     
	t[n] = new thread(work,n);
	t[n]->detach();//线程分离
	t[n]->join();//线程不分离
}

三、锁 lock/unlock

  由于线程的执行是抢占式的，且变量资源等是共享的，对于多条线程同时执行的情况下，可能对同一段内容同时执行，其中涉及到的变量操作等就会产生错误。类似同时对一个变量进行运算操作，由于赋值前的值不同，结果也就不同，导致数据出现问题。此时就可以使用锁的操作防止此类错误发生。

• 上锁的区域同时只能被一条线程执行，由此来解决同时执行造成错误的问题。

#include//锁的头文件
#include
using namespace std;

mutex m;//锁的变量

void work(int a)
{
     
	for(int n=0;n<4;n++)
	{
     
		m.lock();//临界区域 开始 锁掉相关区域 避免同时调用printf操作导致打印混乱
		printf("%d\n",a);
		m.unlock();//临界区域 结束 解锁
	}
} 

  但是不停的上锁和解锁很容易忘记解锁，就会出现该段代码无法被执行，导致程序出现问题，且不会报错。为了避免这种情况，我们可以使用自解锁。自解锁会自动对所处区间的代码进行上锁和解锁操作，从而防止忘解锁的情况发生。

• 自解锁的大致原理其实就是构造器进行上锁，析构器进行解锁…

#include//锁的头文件
#include
using namespace std;

mutex m;//锁的变量

void work(int a)
{
     
	for(int n=0;n<4;n++)
	{
     
		lock_guard<mutex>lock1(m); //自解锁
		printf("%d\n",a);
	}
} 

四、原子操作 atomic

  频繁的上锁解锁操作会非常耗时，如果上锁区域执行的代码很少的话会非常不划算。如果我们在多线程中需要对变量操作的话，频繁的给变量操作区域上下锁性价比很低，此时我们可以使用原子变量。

• 原子变量同时只能被一条线程操作，相比读写锁，速度快了不止一个量级。

#include
#include
#include//原子操作
using namespace std;

atomic_int count(0); //原子变量

void work(int a)
{
     
	for(int n=0;n<2;n++)
	{
     
		printf("other thread:%d\n",a);
		count++;
	}
}

int main()
{
     
	thread *t[4];
	for(int n=0;n<4;n++)
	{
     
		t[n] = new thread(work,n);
		t[n]->join();
	}
	for(int n=0;n<2;n++)
	{
     
		printf("main thread\n");
		count++;
	}
	while(1)
	{
     
		cout<<count;
		getchar();
	}
	return 0;
}