C++11并发指南.01——std::thread

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前言

C++11 新标准中引入了四个头文件来支持多线程编程，他们分别是atomic thread mutex condition_variable 和 future。

• atomic：该头文主要声明了两个类, std::atomic 和 std::atomic_flag，另外还声明了一套 C 风格的原子类型和与 C 兼容的原子操作的函数。
• thread：该头文件主要声明了 std::thread 类，另外 std::this_thread 命名空间也在该头文件中。
• mutex：该头文件主要声明了与互斥量mutex相关的类，包括 std::mutex 系列类，std::lock_guard, std::unique_lock, 以及其他的类型和函数。
• condition_variable：该头文件主要声明了与条件变量相关的类，包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any。
• future：该头文件主要声明了 std::promise, std::package_task 两个 Provider 类，以及 std::future 和 std::shared_future 两个 Future 类，另外还有一些与之相关的类型和函数，std::async() 函数就声明在此头文件中。

本文主要记录std::thread得用法详解等。

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基础知识

1. join是用来进行同步的一个工具，当我们在主进程中使用，join了一个子进程，那么主进程就要等待这个子进程运行完毕，并且回收子进程的资源后，再执行主进程的程序。如果一个线程没有join或detach在最后整个进程结束时，该回收的资源没有回收，则会产生错误。
2. detach是将主线程和子线程进行分离，主线程是不会再等待子线程，主线程结束时，进程也就结束，但子线程会运行完，再被回收。
3. swap函数参数为thread& x，即将线程对象的状态与x互换。
4. joinable的意思是一个线程是否能够被执行join或detach操作，相同的线程只能join一次，也不能join完再进行detach，同理也不能被detach两次，所以joinable函数就是判断是否能被join或detach。
   可被joinable的thread对象必须在销毁之前被主线程join或者将其设置为detached
   不能joinable的情况有：
   • 默认构造的，如std::thread t_1;
   • 执行过move操作
   • 执行过join或detach

std::thread 构造

name	执行的操作	解析
default	thread() noexcept;	默认构造函数，创建一个空的thread执行对象
initialization	template explicit thread(Fn&& fn, Args&&... args);	初始化构造函数，创建一个thread对象，该对象可被joinable，新产生的线程会调用fn函数，该函数的参数由args给出
copy[delete]	thread(const thread&) = delete;	拷贝构造函数（被禁用）意味着thread不可被拷贝构造
move	thread(thread&& x) noexcept;	move构造函数，调用成功之后x不代表任何thread执行对象

各种构造含函数示例如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
void f1(int n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread " << n << " executing\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
void f2(int& n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread 2 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
int main()
{
    int n = 0;
    std::thread t1; // default, t1 is not a thread
    std::thread t2(f1, n + 1); // initialization, pass by value
    std::thread t3(f2, std::ref(n)); // pass by reference
    std::thread t4(std::move(t3)); // move, t4 is now running f2(). t3 is no longer a thread
    t2.join();
    t4.join();
    std::cout << "Final value of n is " << n << '\n';
}

move赋值操作

move	thread& operator = (thread&& rhs) noexcpt;	move赋值操作，如果当前对象不可joinable，需要传递一个右值引用（rhs）给move赋值操作；如果当前对象可被joinable，则terminate()报错。
copy[delete]	thread& operator = (const thread&) = delete	拷贝赋值操作被禁用，thread对象不可被拷贝

示例：

#include 
#include 

#include     // std::chrono::seconds
#include   // std::cout
#include     // std::thread, std::this_thread::sleep_for

void thread_task(int n)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(n));
    std::cout << "hello thread "
        << std::this_thread::get_id()
        << " paused " << n << " seconds" << std::endl;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    std::thread threads[5];
    std::cout << "Spawning 5 threads...\n";
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads[i] = std::thread(thread_task, i + 1);
    }
    std::cout << "Done spawning threads! Now wait for them to join\n";
    for (auto& t: threads) {
        t.join();
    }
    std::cout << "All threads joined.\n";

    return EXIT_SUCCESS;
}

其他成员函数

• get_id
  获取线程ID
• joinable
  检查线程是否可被join或detach
• join
  join线程
• detach
  detach线程
• swap
  swap线程
• native_handle
  返回 native handle
• hardware_concurrency[static]
  检测硬件并发特性