【C++】多线程编程一（初识并发和多线程）

目录

一、并发和并行的概念

1.并发

2.并行

3.并发和并行的区别

二、并发的途径

多进程并发

多线程并发

 三、C++11相关多线程编程的头文件

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一、并发和并行的概念

1.并发

 并发：指同一时刻只能有一条指令执行，但是多个进程指令被快速地轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但实际在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

2.并行

并行：指同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观看，都是同时执行。

3.并发和并行的区别

解释一：并行是两个或多个事件在同一时刻发生；并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

解释二：并行是在不同实体上的多个事件；并发是在同一实体上的多个事件。

解释三：并行是在多台处理器上同时处理多个任务；并发是在一台处理器上同时处理多个任务。

并发编程目标就是充分地利用处理器地每一个核，以达到最高地处理性能。

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二、并发的途径

• 多进程并发

多进程并发是将应用程序分为多个独立的进程，它们在同一时刻运行（例如：同时进行网页浏览和文字处理）。独立的进程可以通过进程间常规通信渠道进行信息交换（信号、套接字、文件、管道等）。进程间的通信比较简单，但是速度慢，因为操作系统会在进程间提供一定的保护措施，以避免一个进程去修改另一个进程的数据（这些保护操作意味着可以编写更安全的并发代码）。运行多个进程需要时空开销：启动进程需要时间，操作系统内部资源来管理进程。

多进程并发的独特优势——可以使用远程连接，在不同的机器上运行独立的进程。

• 多线程并发

多线程并发是在单个进程中运行多个线程。每个线程相互独立运行，且线程可以在不同的指令序列中运行。进程中的所有线程都共享地址空间，并且所有线程访问到的大部分数据——全局变量仍然是全局的，指针、对象的引用或数据可以在线程间传递。进程间通常共享内存，但是这种共享通常难以建立和管理。因为同一数据的内存地址在不同的进程中是不同的。

 多线程地址空间共享，缺少线程间数据的保护，使得操作系统的记录工作量减少，所有多线程的开销要远小于使用多进程。共享内存的使用同时也带来了线程安全问题：如果数据要被多个线程访问，必须确保每个线程所访问的数据的一致性。

注意：线程的资源是有限的。如果太多的线程同时运行，会消耗很多的操作系统资源，从而使得操作系统整体运行得更加缓慢。而且每个线程多需要一个独立的堆栈空间，所以运行太多的线程会耗尽进程的可用内存或地址空间。

通过一个案例来解释多进程和多线程并发：

当两个程序员在两个独立的办公室一起做一个软件项目，他们可以安静地工作、不互相干扰，并且他们人手一套参考手册。但是，他们沟通起来就有些困难，他们必须使用电话、电子邮件或到对方的办公室进行直接交流。并且，管理两个办公室需要有一定的经费支出，还需要购买多份参考手册。

假设，让开发人员同在一间办公室办公，他们可以自由的对某个应用程序设计进行讨论，也可以在纸或白板上轻易的绘制图表，对设计观点进行辅助性阐释。现在，你只需要管理一个办公室，只要有一套参考资料就够了。遗憾的是，开发人员可能难以集中注意力，并且还可能存在资源共享的问题(比如，“参考手册哪去了?”)

以上两种方法，描绘了并发的两种基本途径。每个开发人员代表一个线程，每个办公室代表一个进程。第一种途径是每个进程只要一个线程，这就类似让每个开发人员拥有自己的办公室，而第二种途径是每个进程有多个线程，如同一个办公室里有两个开发人员。

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 三、C++11相关多线程编程的头文件

C++11 新标准中引入了五个头文件来支持多线程编程，他们分别是 ,,,和。

• ：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。
• ：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。
• ：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。
• ：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。
• ：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。