详解c++11多线程

Posted 2021-11-29 corineru

c++的多线程可以充分利用计算机资源，提高代码运行效率。在这里总结了一些多线程应用过程中的基本概念和用法。

一、进程与线程

进程是资源分配和调度的一个独立单位。而线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。

一个进程至少拥有一个线程。

在同一个进程中的多个线程的内存资源是共享的，也就是说各线程都可以改变进程中的变量。因此在执行多线程运算的时候要注意执行顺序。

二、并发、并行的概念

并行（parallellism）指的是多个任务在同一时刻同时在执行。

而并发（concurrency）是指在一个时间段内，多个任务交替进行。虽然看起来像在同时执行，但其实是交替的。

三、新建线程

1）简单使用

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void f()
{
    cout<<"thread 1 is running"<<endl;
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
}

int main()
{
    thread t1(f); //创建线程，一旦创建完毕，马上开始运行。
    t1.join();
}

运行结果

 

2）带函数参数的线程

 当需要向线程函数传递参数时，直接在创建线程时，同时也把参数作为入参传递给线程函数。注意当调用函数的参数为引用参数时，线程调用需要加上ref关键字表示引用。并且线程函数会改变引用的变量值。

void f1(int n)
{
    n++;
    cout<<"n = "<< n <<endl;
}

void f2(int &n)
{
    n++;
    cout<<"n = "<<n<<endl;
}

int main()
{
    int n = 0;
    
    thread t1(f1, n);
    t1.join();
    cout<<"n = "<<n<<endl;
    
    thread t2(f2, ref(n));
    t2.join();
    cout<<"n = "<<n<<endl;

}

  运行结果为：

 

3）替换线程

void f2(int &n)
{
    n++;
    cout<<"n = "<<n<<endl;
}

int main()
{
    int n = 0;
    
    thread t3(f2, ref(n));
    thread t4(move(t3)); //此时t4正在运行f2()，t3不再是一个线程了。
    t4.join();

}

运行结果：

 

4）调用类成员函数

class foo
{
public:
    void bar1(int n)
    {
        cout<<"n = "<<n<<endl;
    }
    static void bar2(int n)
    {
        cout<<"static function is running"<<endl;
        cout<<"n = "<<n<<endl;
    }
};

int main()
{
    foo f;
    thread t1(&foo::bar1, &f, 5); //注意在调用非静态类成员函数时，需要加上实例变量。
    t1.join();
    
    thread t2(&foo::bar2, 4);
    t2.join();
}

 

四、线程操作

1) join

join的意思就是等待子进程完成，再继续主进程。即使线程在调用join前已经执行完毕，join也是有用的。

void f1(int n)
{
    cout<<"thread "<<n<<" is running"<<endl;
}


int main()
{
    thread t1(f1, 1); //开始运行线程t1
    thread t2(f1, 2); //开始运行线程t2
    thread t3(f1, 3); //开始运行线程t3
    
    t1.join(); //等待线程t1执行完毕
    t2.join(); //等待线程t2执行完毕
    t3.join(); //等待线程t3执行完毕
}

注意用多个线程同时启动后，实际是并发执行。由cpu的控制台来决定当前调用哪个线程。所以实际运行过程可能会多次交替，线程1 - 线程2 - 线程1 - 线程3 - 线程1.....所以得到的结果是混乱的。

 而每次运行的结果都可能都不一样。

第一次运行结果：

 

第二次运行结果： 

 

假如需要在运行线程t2之前，结果t1，那么就可以在t2之前，执行t1.join()。

void f1(int n)
{
    cout<<"thread "<<n<<" is running"<<endl;
}


int main()
{
    thread t1(f1, 1); //开始运行线程t1
    t1.join(); //等待线程t1执行完毕
    
    thread t2(f1, 2); //开始运行线程t2
    thread t3(f1, 3); //开始运行线程t3
    
    t2.join(); //等待线程t2执行完毕
    t3.join(); //等待线程t3执行完毕
}

运行结果：

2）detach

detach操作可以将线程分离，允许线程独立执行。等到线程执行完毕后，系统会自动将资源回收。

void independentThread()
{
    cout<<"start concurrent thread"<<endl;
    cout<<"Exiting concurrent thread"<<endl;
}

void threadCaller()
{
    cout<<"Start thread caller"<<endl;
    thread t(independentThread);
    t.detach(); //将线程分离
    cout<<"Exiting thread caller"<<endl;
}

int main()
{
    threadCaller();
}

注意：每个线程要么detach，独立运行，然后系统自动回收资源；要么join，也就是让主线程等待子线程结束之后，主线程将资源回收。

如果两个操作都不执行，可能会出现内存泄漏。

3）线程暂停

如果让线程从外部暂停会引发很多并发问题，这也是为什么std::thread没有直接提供pause函数的原因。如果线程在运行过程中，确实需要停顿，就可以用this_thread::sleep_for。

void threadCaller()
{
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3)); //此处线程停顿3秒。
    cout<<"thread pause for 3 seconds"<<endl;
}

int main()
{
    thread t(threadCaller);
    t.join();
}

4）获取当前线程号

int main()
{
    thread::id main_threadId =  this_thread::get_id();
    cout<<main_threadId<<endl;
}

运行结果： 

 

 

参考：https://www.jianshu.com/p/dcce068ee32b

　　　https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/thread