C++ 11 多線程編程

• 1、線程的創建和使用
• • 1.1 創建線程
  • 1.2 線程的使用
• 2.實現線程同步
• • • 2.1互斥鎖
    • 2.2 條件變量
• 3.例
• • 1：兩線程交替打印奇偶數

1、線程的創建和使用

引入線程庫<thread>，其提供了thread類，創建一個線程即實例化一個該類的對象，以此進行線程的創建和使用。

#include<thread> using namespce std;

1.1 創建線程

一個線程可以用一個 thread 類的對象來表示，thread類中重載了構造函數和移動拷貝構造

#include<iostream> #include<thread>using namespace std;void funa() {cout << "thread_funa()" << endl; } int main() {//創建線程——構造函數thread a(funa);cout << a.get_id() << endl;//移動拷貝構造thread b(std::move(a));cout << b.get_id() << endl;b.join();//移動拷貝構造進行資源的交換，所有要注釋掉//a.join();cout << "main end" << endl;}

注意： thread類無拷貝構造函數、無賦值運算符，即不能直接用一個事先定義好的thread對象拷貝構造另一個thread對象，也不能不能進行賦值操作。但可以將臨時的thread對象賦值給另一個thread即移動拷貝構造，也可以移動賦值。

1.2 線程的使用

thread 提供的函數： 線程支持庫
thread類常用的成員函數：

成員函數含義

get_id()	獲取當前thread對象的線程id
joinable()	判斷當前線程是否活躍（是：true；否：false）即是否支持調用 join()
join()	阻塞當前thread 對象所在的線程，直至thread 對象表示的線程執行完畢
detach()	將當前線程從調用該函數的線程中分離出去，他們彼此獨立運行
swap()	交換兩個線程的狀態

注意：每個thread 對象在調用析構銷毀前，要么調用 join() 函數令主線程等待子線程執行完畢，要么調用detach() 函數將子線程和主線程分離，二者必選一，否則存在以下問題：

• 線程占用的資源無法全部釋放，造成內存泄露
• 當主線程執行完畢而子線程未完時，程序執行引發異常。

在this_thread 命名空間的部分函數：

函數含義

get_id()	獲得當前線程的 ID
yield()	阻塞當前線程讓出cpu，直至條件成熟
sleep_for()	阻塞當前線程指定的時間
sleep_until()	阻塞當前線程，直至某個時間點為止

例：

//休眠1000毫秒，1s this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1000));

2.實現線程同步

2.1互斥鎖

互斥鎖用 mutex 類（位于std命名空間中）的對象表示，定義在頭文件<mutex>頭文件中。
成員函數：lock()——加鎖； unlock()——解鎖
例：對臨界資源變量n的訪問

#include<mutex> using namespcase std; mutex m; //實例化mutex對象m void Show_n() {m.lock();cout << n << endl;m.unlock(); }

實現嚴格基于作用域的互斥體所有權包裝器：lock_fuard
原理：創建 lock_guard 對象時，它試圖接收給定互斥的所有權。控制離開創建 lock_guard 對象的作用域時，銷毀 lock_guard 并釋放互斥。即，創建即加鎖，作用域結束自動解鎖。

#include<mutex> using namespcase std; mutex m; //實例化mutex對象m void Show_n() {lock_guard<mutex> g1(m);cout << n << endl; } //作用域結束，析構g1,m解鎖

lock_gurad傳入兩個參數，第二個為adopt_lock標識時，表示該互斥量之前必須已經lock，才能使用此參數，故需要提前手動鎖定。

#include<mutex> using namespcase std; mutex m; //實例化mutex對象m void Show_n() {m.lock(); //手動鎖定lock_guard<mutex> g1(m, adopt_lock);cout << n << endl; } //作用域結束，析構g1,m解鎖

實現可移動的互斥體所有權包裝器：unique_lock
與lock_guard類似，用法更豐富。

成員函數含義

lock()	鎖定
try_lock()	嘗試鎖定，若不能，先去執行其他代碼并返回false；可以，進行加鎖并返回true
unlock()	解鎖

unique_lock與lock_guard

unique_locklock_guard

手動lock、unlock	支持	不支持
參數	支持 adopt_lock/try_to_lock/defer_lock	支持 adopt_lock

try_to_lock: 嘗試用mutx的lock()去鎖定這個mutex，但如果沒有鎖定成功，會立即返回，不會阻塞在那里
defer_lock: 這個參數表示暫時先不lock，之后手動去lock，但是使用之前也是不允許去lock。

2.2 條件變量

C11提供的兩種表示條件變量的類：
都定義在<condition_variable>頭文件中，常與互斥鎖搭配使用，避免線程間搶奪資源。

• condition_variable
  該類表示的條件變量只能和unique_lock類表示的互斥鎖搭配使用；
• condition_variable_any
  該類表示的條件變量可以與任意類型的互斥鎖搭配使用（如：遞歸互斥鎖、定時互斥鎖等）

條件變量常用的成員函數

成員函數功能

wait()	阻塞當前線程，等待條件成立
wait_for()	阻塞當前線程的過程中，該函數會自動調用unlock()解鎖，令其他線程使用公共資源。當條件成立或超過指定的等待時間，該函數自動調用lock()加鎖，同時令線程繼續執行
wait_until()	與wait_for() 類似，區別是其可以設定一個具體的時間點，當條件成立或等待時間超過了指定的時間點，函數自動加鎖，線程執行
notify_one()	喚醒一個等待的線程
notify_all()	喚醒所有等待線程

關于wait() :
調用wait（）1先獲得mutex，2線程被阻塞，當wait陷入休眠是會自動釋放mutex。直到另外某個線程調用 notify_one或notify_all喚醒了當前線程。當線程被喚醒時，此時線程是已經自動占有了mutex。

3.例

1：兩線程交替打印奇偶數

#include<iostream> #include<thread> #include<mutex> using namespace std; std::mutex data_mutex; std::condition_variable data_var; bool tag = true; // odd : 1 // even: 2 // odd : 3 // even : 4void printodd() // 打印奇數 {std::unique_lock<std::mutex> ulock(data_mutex);for (int odd = 1; odd <= 100; odd += 2){while (!tag){data_var.wait(ulock);}cout << "odd: " << odd << endl;tag = false;data_var.notify_all();} } void printeven() //打印偶數 {std::unique_lock<std::mutex> ulock(data_mutex);for (int even = 2; even <= 100; even += 2){ while (tag){data_var.wait(ulock);// 1 2 }cout << "even: " << even << endl;tag = true;data_var.notify_all();} }int main() {thread thodd(printodd);thread theven(printeven);thodd.join();theven.join();return 0; }

參考文獻：
C++多線程unique_lock詳解

總結

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