【C++11/线程相关】thread类编写多线程、mutex互斥锁和lock_guard、atomic原子类型

橙色

通过thread类编写C++多线程程序

为什么结果没有子线程中所打印的字符串呢？因为通过detach进行了线程分离，即主线程不会等待子线程结束再继续往下运行，而是直接运行到底，所以主线程运行完直接结束了。而子线程是睡眠了两秒后才打印语句，此时主线程已经结束，也就看不到该语句了

#include
#include
#include
using namespace std;
/*
线程内容：
一.怎么创建启动一个线程
std::thread定义一个线程对象，传入线程所需要的线程函数和参数，线程自动开启

t.join():等待t线程结束，当前线程继续往下运行
t.detach():把t线程设置为分离线程，主线程结束，整个进程结束，所有子线程都自动结束了
*/
void threadHandele1(int time)
{
    //让子线程睡眠2秒
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(time));
    cout << "hello thread1!" << endl;
}

int main(){
    //创建了一个线程对象，传入一个线程函数，新线程就开始运行了
    thread t1(threadHandele1,2);
    //主线程等待子线程结束，主线程继续往下运行
    //t1.join(); 
    //把子线程设置为分离线程
    t1.detach();

    cout << "main thread done!" << endl;
    return 0;
}

线程间互斥——mutex互斥锁和lock_guard

mutex互斥锁

很值得注意的是锁+双重判断的应用。为什么要在锁上后再加上一个if语句判断呢？因为如果不加的话，当ticketCount=1时，第一个线程拿到锁，开始执行，但此时可能还没执行到ticketCount–，所以其他子线程也进入while循环，并在mtx.lock()处阻塞，此时第一个线程卖出票了并释放锁，于是已经进入while循环的第二个线程开始拿锁执行，就容易出现卖出第0张票，卖出第-1张票的情况，所以在拿到锁后再加入一个if语句判断是十分有必要的

#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
/*
C++ thread 模拟车站三个窗口卖票的程序
*/
int ticketCount = 100;//车站有100张票，由三个窗口一起卖票
std::mutex mtx;//全局的一把互斥锁 

//模拟卖票的线程函数
void sellTicket(int index)
{   
    while(ticketCount>0)//ticketCount=1  锁+双重判断
    {
        mtx.lock();
        if(ticketCount>0)
        {
            cout << "窗口：" << index << "卖出第：" << ticketCount <<"张票"<< endl;
            ticketCount--;
        }
        mtx.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));   
    } 
}

int main()
{
    list<std::thread> tlist;
    for (int i = 1; i <= 3;++i)
    {
        tlist.push_back(std::thread(sellTicket, i));
    }
    for(std::thread &t:tlist)
    {
        t.join();
    }
    cout << "所有窗口卖票结束！" << endl;
    return 0;
}

lock_guard

lock_guard是一个模板类

#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
/*
C++ thread 模拟车站三个窗口卖票的程序
*/
int ticketCount = 100;//车站有100张票，由三个窗口一起卖票
std::mutex mtx;//全局的一把互斥锁 

//模拟卖票的线程函数
void sellTicket(int index)
{   
    while(ticketCount>0)//ticketCount=1  锁+双重判断
    {      
        {
            //出了{}作用域就会析构自动释放mtx这把锁，保证所有线程都能释放锁
            //防止死锁问题的发生
            lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            if(ticketCount>0)
            {
                cout << "窗口：" << index << "卖出第：" << ticketCount <<"张票"<< endl;
                ticketCount--;
            }
        }
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));      
    }  
}

int main()
{
    list<std::thread> tlist;
    for (int i = 1; i <= 3;++i)
    {
        tlist.push_back(std::thread(sellTicket, i));
    }
    for(std::thread &t:tlist)
    {
        t.join();
    }

    cout << "所有窗口卖票结束！" << endl;
    return 0;
}

线程间通信

C++11实现生产者与消费者模型

#include 
#include 
#include  //C++ STL里面的所有容器都不是线程安全的
#include 
#include 
 
using namespace std;
 
class Queue
{
public:
    void put(int val) // 生产者
    {
        unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        while (!que.empty())
        {
            // que不为空，生产者应该通知消费者去消费
            // 生产者应该进入 #1等待状态 #2并把mtx互斥锁释放掉
            cv.wait(lck);
        }
        que.push(val);
        cv.notify_all(); // 通知其他所有消费者可以进行消费了
        //其他线程的得到通知就会从等待状态 ==> 阻塞状态 ==> 获取互斥锁才能继续执行
 
        cout << "生产者生产：" << val << "号物品" << endl;
    }
 
    int get() // 消费者
    {
        unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        while (que.empty())
        {
            // 消费者线程发现que是空的，通知生产者线程生产物品
            // #1 进入等待状态 #2把互斥锁mutex释放掉
            cv.wait(lck);
        }
        int val = que.front();
        que.pop();
        cv.notify_all(); //通知其他所有生产者可以进行生产了
        cout << "消费者消费: " << val << "号物品" << endl;
        return val;
    }
 
private:
    queue<int> que;
    mutex mtx;             // 定义互斥锁，做线程间的胡吃操作
    condition_variable cv; // 定义条件变量，做线程之间的同步通信操作
};
 
void producer(Queue *que) // 生产者线程
{
    for (int i = 1; i <= 10; ++i)
    {
        que->put(i);
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}
 
void consumer(Queue *que) // 消费者线程
{
    for (int i = 1; i <= 10; ++i)
    {
        que->get();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}
 
int main()
{
    Queue que; // 两个线程共享的队列
    thread t1(producer, &que);
    thread t2(consumer, &que);
    t1.join();
    t2.join();
}

unique_lock与lock_guard的比较，仔细看下面的代码和注释

#include 
#include 
#include 
 
using namespace std;
 
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
 
int main()
{
    /***
     * 唤醒在cv上等待的线程
     * 其他在cv上等待的线程收到通知，从等待状态 ==> 阻塞状态 ==> 获得互斥锁 ==> 线程继续向下执行
     * **/
    // cv.notify_all();
 
    // 它不仅可以用在简单的临界区代码段的互斥操作中，还能用于函数调用过程中
    unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck); // #两个作用：1使线程进入等待状态 2 lck.unlock()可以把mutex释放掉
 
    // 不可以用在函数参数传递或者返回过程中，只能用在简单的临界区代码段的互斥操作中
    lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
 
    // mtx.lock();
    // mtx.unlock();
 
    return 0;
}

基于CAS操作的atomic原子类型

如果mycount不是原子类型的话，最后的值很可能就不会是1000了

#include 
#include 
#include
#include
using namespace std;

atomic_bool isReady;
atomic_int mycount;

void task()
{
    while(!isReady)
    {
        this_thread::yield();//线程出让当前的cpu时间片，等待下一次调度
    }
    for (int i = 0; i < 100;i++)
    {
        mycount++;
    }
}

int main()
{
    list<std::thread> tlist;
    isReady=false;
    mycount = 0;
    for (int i = 0; i < 10;i++)
    {
        tlist.push_back(std::thread(task));
    }
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
    isReady = true;
    
    for(thread &t:tlist)
    {
        t.join();
    }
    cout << "mycount:" << mycount << endl;
}