【C++11】线程库

1. get_id

linux下的 pthread 是一个整形，而 id 是一个自定义类型，
get_id 即打印线程id

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期望使用get_id 展开对应线程的id，但是get_id需要线程对象去调用，而此时正在构造线程对象

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this_thread

thread中 单独提供一个类 this_thread, 该类中存在 get_id()
属于全局的，由于可能存在冲突问题，所以使用命名空间封装起来

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此时即可查看对应线程id

2. 锁

C++11中锁的使用规则 与 Linux的锁基本一致，所以例如 lock /unlock 等接口说明不是很详细

点击查看：Linux中的锁

1. 为什么要使用锁？

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对变量进行++
传统写法：

定义一个全局变量，对其++ n次，分别使用线程v1和线程v2去调用
每个线程都有自己独立的栈，而n作为局部变量，线程都有各个的n存在 即 各线程之间访问的是不同的n

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x作为全局变量，被多线程共享， 即多个线程之间访问的是同一个x

多个线程去访问同一个全局变量，就会引发并发访问的问题，进而导致 数据不一致

如：线程a和线程b同时访问 fun函数，进行x++，
刚开始 x为0，线程a进行++操作时，被终止，而同时进行线程b的++操作被执行 ，
就导致 x为 1 ，而进行线程 a 和 b 分别进行一次操作

为了避免并发访问的问题，需要加锁，即 只有一个线程可以调用全局变量

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2. 锁的使用

支持无参构造 与拷贝构造

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lock 加锁
unlock 解锁
trylock 是一种申请锁的非阻塞版本(死锁部分有提到)
native_handle (基本不使用，所以就不简介了)

并行 与 串行

若将锁的定义设置在fun函数内部
每个线程都有独立的栈，就会导致 线程 v1 和线程v2 都有不同的锁，两者的加锁和解锁操作 不是对同一个锁
就无法解决并发访问的问题
所以将锁定义为全局的，才可以保证两者使用的同一把锁

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在以上场景下，串行所需时间更少

并行 除了有 频繁调用 加锁 和 解锁
还有切换上下文的消耗
若存在线程A和线程B，当线程A进行加锁操作，线程B需要进入休眠，导致切出去，
可线程B还没有切完，线程A就进行解锁，此时需要线程B进行加锁
(线程B还没等切出去，又要切回来)

当线程A完成加锁 解锁 ，等到线程B 也完成 加锁 解锁 ，才会打印x ，从而进行两者交替
(看起来就像是 两者一起打印x)

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当为串行时，若存在线程A和线程B，只有当线程A跑完后， 线程B才能再跑

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C++11中使用lambda表达式 也可替换函数指针的位置，内部通过函数体 来实现 x++
在进行for循环之前使用 lock 加锁，在循环结束 使用 unlock 解锁

递归锁 recursive_mutex

锁分为以上几种，
mutex为普通的互斥锁
recursive_mutex 为递归 的互斥锁(解决递归的问题)

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运行程序会挂掉，因为每个线程对应的栈空间不大，导致栈溢出了

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若存在线程安全问题，则需要加锁

线程v1 先加锁，还没等解锁，递归再次调用func函数 进行加锁 ，导致死锁问题 ，使程序挂掉了
(死锁: 两个线程各自持有自己的锁，并向对方申请锁，从而导致互相申请锁不成功，进而导致双执行流互相被挂起访问临界资源的临界区代码，无法得以推进)

点击查看：Linux 下的死锁

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使用递归互斥锁， recursive_mutex 即可解决这个问题
线程v1加锁后，若再次递归调用func函数，若发现再次对线程v1加锁，就不会执行该动作

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timed_mutex

timed_mutex 相对于 mutex
新增加了 try_lock_for 与 try_lock_until 的功能

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try_lock_for：
加锁后，给一段时间，若超过这段时间还没解锁，就会自动解锁

try_lock_until：
加锁后，到一个绝对时间
如：加锁后，设置到11点，若到11点还没解锁就自动解锁

lock_guard 与 unique_lock

先进入try 进行加锁，由于抛异常 ，进入catch ，跳过了解锁操作 ，再次循环进入try 对其进行加锁，存在 死锁 问题

抛异常后，会直接跳到捕获的地方

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借助LockGuard这个类
构造时，进行加锁
析构时，进行解锁

但是在构造时，是有锁对象的，所以可以去调用lock 进行加锁
而 析构时，是没有锁对象的，所以借助私有成员变量 调用unlock 进行解锁

由于锁是没有移动构造的，只有拷贝构造
所以将私有成员变量设置为 引用 ，(必须在初始化列表进行初始化)
将其设置为 锁对象的别名

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为了解决上述的死锁问题，调用LockGurad类 的构造和析构

在构造时，就会进行加锁，
当出了作用域 ，就会调用析构，进行解锁

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实际上这个类不需要自己写，库里面有两个

lock_guard:
与上述自己实现的 LockGuard 类效果相同 ，构造时，进行加锁，析构时，进行解锁

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unique_lock 除了支持 构造加锁 析构解锁外 ，还支持 手动解锁

3. atomic

C++11 将 atomic 分装成一套库，支持 CAS相关的操作

一般直接使用atomic 这个类，支持为原子的

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之前为了防止多线程出现 并发访问的问题，使用加锁

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把 ++本身 改为原子的 ，也是可以解决这个问题的

三种写法分别对应 三种构造

4. 条件变量

在C++11中条件变量 的使用 与 linux中的条件变量 差不多

点击查看：Linux下的条件变量

线程等待

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C++11推荐把锁对象 给 unique_lock
对线程进行阻塞，直到被唤醒

在阻塞前的一瞬间，会进行解锁 (unique_lock 支持 手动解锁)，允许其他线程进行加锁

被唤醒后，会先加锁

线程唤醒

notify_one : 当前线程 进行解锁后，唤醒 一个线程 进行加锁 操作
notify_all ：当前线程 进行解锁后，通知 所有线程 ，唤醒其中一个线程进行加锁 操作

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唤醒等待条件的 其中一个线程
如果没有人等待，就什么都不做
若等待的线程超过一个，就随机选择一个线程进行唤醒

条件变量的应用

使两个线程 v1 和v2，使之交替打印，线程v1 打印偶数 线程v2打印奇数

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因为要使用 条件变量的wait 接口，需要使用 unique_lock
所以 使用 unique_lock 先创建一个锁对象

问题1：如何保证 v1先运行，v2阻塞？

unique_lock lock(mtx);
调用unique_lock 使mtx锁 在 构造时，可以进行加锁操作，析构时，进行解锁操作

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分为两种情况
情况1：
若v1先抢到锁，v2后抢到锁
v1先运行，v2阻塞到锁上

情况2：
若v1先抢到锁，v2后抢到锁
v2先运行，v1阻塞到锁上，但是v2会被下一步的wait进行阻塞(在阻塞前的一瞬间，会进行解锁)
保证v1先运行

问题2：如何防止 一个线程不断运行？

线程 v1 :
当线程v1打印后，理应让线程v2打印，所以使用 notify_one 唤醒 wait 但是没有wait 存在，所以什么都不做 ，出了作用域 使线程v1解锁
此时 线程v1并没有停下来，有可能继续循环 与线程v2 竞争 锁 的使用权

所以需要避免这种 竞争锁的事情 发生，在线程v1中 设置 if 判断 ，
若为偶数 进入 if 判断中，进行线程等待，若为奇数，则正常打印

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线程v2 :

当线程v1打印后，理应让线程v2打印，所以使用 notify_one 唤醒 wait 但是没有wait 存在，所以什么都不做 ，出了作用域 使线程v1解锁
若线程v1竞争到了 锁， 由于x作为偶数，所以线程v2会阻塞到 条件变量中(这个过程中会解锁)

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此时 线程v2被唤醒，x作为偶数 进行打印， 同时 会继续运行，再次进行 wait ，使 线程v2也 阻塞 到条件变量中
所以 在线程v2运行一次后，需要唤醒线程v1

有可能继续循环 与线程v1 竞争 锁 的使用权
所以需要避免这种 竞争锁的事情 发生，在线程v2中 设置 if 判断 ，
若为奇数 进入 if 判断中，进行线程等待，若为偶数，则正常打印

整体代码

线程等待中仿函数的使用

给一个前置条件的仿函数 /可调用对象 (lambda表达式对象) pred
若 返回 false，就wait阻塞
若返回 true ，就不wait

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lambda对象 即可调用对象

在函数体内 ，因为线程v1要打印奇数，所以当x为偶数时，就会发生阻塞