C++线程库

1. 线程库

1.1 thread类的简单介绍

在C++11之前，涉及到多线程问题，都是和平台相关的，比如windows和linux下各有自己的接口，这使得代码的可移植性比较差。C++11中最重要的特性就是对线程进行支持了，使得C++在并行编程时不需要依赖第三方库，而且在原子操作中还引入了原子类的概念。要使用标准库中的线程，必须包含< thread >头文件。

thread() 构造一个线程对象，没有关联任何线程函数，即没有启动任何线程
thread(fn,args1, args2,…) 构造一个线程对象，并关联线程函数fn，args1，args2，…为线程函数的参数
get_id() 获取线程id
jionable() 线程是否还在执行，joinable代表的是一个正在执行中的线程。
jion() 该函数调用后会阻塞住线程，当该线程结束后，主线程继续执行
detach() 在创建线程对象后马上调用，用于把被创建线程与线程对象分离开，分离的线程变为后台线程，创建的线程的"死活"就与主线程无关

当创建一个线程对象后，没有提供线程函数，该对象实际没有对应任何线程。
get_id()的返回值类型为id类型，id类型实际为std::thread命名空间下封装的一个类，该类中包含了一个结构体：


举个例子：

thread类是防拷贝的，不允许拷贝构造以及赋值，但是可以移动构造和移动赋值，即将一个线程对象关联线程的状态转移给其他线程对象，转移期间不影响线程的执行。

可以通过jionable()函数判断线程是否是有效的，如果是以下任意情况，则线程无效：

线程函数的参数是以值拷贝的方式拷贝到线程栈空间中的，因此：即使线程参数为引用类型，在线程中修改后也不能修改外部实参。因为其实际引用的是线程栈中的拷贝，而不是外部实参。

如果想要通过形参改变外部实参时，必须借助std::ref()函数，强制左值引用传参。

注意：如果是类成员函数作为线程参数时，必须将this作为线程函数参数。

1.2 mutex的种类

在C++11中，Mutex总共包了四个互斥量的种类：
1.std::mutex
C++11提供的最基本的互斥量，该类的对象之间不能拷贝，也不能进行移动。
mutex最常用的三个函数：


2. std::recursive_mutex
其允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()。除此之外，std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。

3. std::timed_mutex
比 std::mutex 多了两个成员函数，try_lock_for()，try_lock_until() 。

4. std::recursive_timed_mutex

1.3 原子性操作库(atomic)

多线程最主要的问题是共享数据带来的问题(即线程安全)。如果共享数据都是只读的，那么没问题，因为只读操作不会影响到数据，更不会涉及对数据的修改，所以所有线程都会获得同样的数据。但是，当一个或多个线程要修改共享数据时，就会产生很多潜在的麻烦。

我们来看这里有一个问题：


这两种加锁谁更高效一点呢？
第一种是并行加加，线程1加锁sum++之后，线程2紧跟着就加锁sum++。之后又到线程1了。

第二种是串行加加，线程1加完，线程2再加。

这里线程间来回切换加上频繁的加锁解锁的消耗，第一种比第二种要耗时一点。但是第一种的粒度比第二种的更细一点。因此C++11中引入了原子操作。

所谓原子操作：即不可被中断的一个或一系列操作，C++11引入的原子操作类型，使得线程间数据的同步变得非常高效。

注意：需要使用以上原子操作变量时，必须添加头文件< atomic >。

在C++11中，程序员不需要对原子类型变量进行加锁解锁操作，线程能够对原子类型变量互斥的访问。程序员可以使用atomic类模板，定义出需要的任意原子类型。


在多线程环境下，如果想要保证某个变量的安全性，只要将其设置成对应的原子类型即可，即高效又不容易出现死锁问题。但是有些情况下，我们可能需要保证一段代码的安全性，那么就只能通过锁的方式来进行控制。

1.4 lock_guard与unique_lock

但是锁控制不好时，可能会造成死锁，最常见的比如在锁中间代码返回，或者在锁的范围内抛异常。因此：C++11采用RAII的方式对锁进行了封装，即lock_guard和unique_lock。

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下：

通过上述代码可以看到，lock_guard类模板主要是通过RAII的方式，对其管理的互斥量进行了封装，在需要加锁的地方，只需要用上述介绍的任意互斥体实例化一个lock_guard，调用构造函数成功上锁，出作用域前，lock_guard对象要被销毁，调用析构函数自动解锁，可以有效避免死锁问题。

lock_guard的缺陷：太单一，用户没有办法对该锁进行控制，因此C++11又提供了unique_lock。

与lock_guard不同的是，unique_lock更加的灵活，提供了更多的成员函数：

1.5 condition_variable

condition_variable主要用来进行线程之间的互相通知。condition_variable和Linux posix的条件变量并没有什么大的区别，主要还是面向对象实现的。条件变量的文档

支持两个线程交替打印，一个打印奇数，一个打印偶数。
使用条件变量要包含头文件：#include < condition_variable >