545-C++多线程编程

灰太狼 2022-08-28 15:52 114阅读 0赞

**C++语言级别的多线程编程=》代码可以跨平台 windows/linux/mac**

## C++多线程介绍 ##

thread(线程类)
    mutex(互斥锁)
    condition_variable(线程间的通信，条件变量)
    
    智能锁：
    lock_quard
    unique_lock
    
    atomic 原子类型 基于CAS操作的原子类型 线程安全的
    
    sleep_for(睡眠)

C++语言层面 thread（底层用的还是下面平台的方法） 
       windows        linux  strace ./a.out（程序启动的跟踪打印的命令）
          |             |
    createThread    pthread_create

**可以通过编译器的编译，加个宏，识别当前的操作系统来适配通过语言层面编写thread底层自动调用相应的函数。底层还是调用系统创建的API，只是语言层面加个封装，让用户更加方便使用。**

## 多线程编程 ##

**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

**二. 子线程如何结束**  
子线程函数运行完成，线程就结束了

**三. 主线程如何处理子线程**  
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！

**代码示例：**

#include <iostream>
    #include <thread>
    using namespace std;
    
    void threadHandle1(int time)
    {
        
    	//让子线程睡眠time秒
    	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(time));
    	cout << "hello thread1!" << endl;
    }
    void threadHandle2(int time)
    {
        
    	//让子线程睡眠time秒ace this_thread是namespace 
    	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(time));
    	cout << "hello thread2!" << endl;
    }
    int main()
    {
        
    	//创建了一个线程对象,传入一个线程函数(作为线程入口函数),
    	//新线程就开始运行了，没有先后顺序，随着CPU的调度算法执行 
    	std::thread t1(threadHandle1, 2);
    	std::thread t2(threadHandle2, 3);
    
    	//主线程(main)运行到这里，等待子线程结束，主线程才继续往下运行
    	t1.join();
    	t2.join();
    
    	//把子线程设置为分离线程，子线程和主线程就毫无关系了
    	//主线程结束的时候查看其他线程
    	//但是这个子线程运行完还是没运行完都和这个主线程没关系了
    	//这个子线程就从这个main分离出去了
    	//运行程序时也看不到这个子线程的任何输出打印了
        //t1.detach();
    
    	cout << "main thread done!" << endl;
    
    	//主线程运行完成，查看如果当前进程还有未运行完成的子线程
    	//进程就会异常终止
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**正常情况下，线程执行，在主线程中，必须等待子线程结束，主线程进行往下执行，主线程运行完了，不能存在正在运行还未结束的其他子线程**  
**此时整个进程就要抛异常出错了异常中止了**

在linux中，主线程结束，子线程会自动结束的  
但是在语言级别，对子线程运行的控制比较严格  
**我们也可以这么解决：**

//把子线程设置为分离线程，子线程和主线程就毫无关系了
    	//主线程结束的时候查看其他线程
    	//但是这个子线程运行完还是没运行完都和这个主线程没关系了
    	//这个子线程就从这个main分离出去了
    	//运行程序时也看不到这个子线程的任何输出打印了
        t1.detach();

## 线程间互斥 ##

## 模拟车站三个窗口卖票的程序 ##

**线程间的互斥 =》 互斥锁mutex =》 lock\_guard封装mutex（利用栈上的对象出作用域自动析构，保证所有线程都可以释放锁，防止死锁问题的发生）**

多线程程序  
**竞态条件**：多线程程序执行的结果是一致的，  
不会随着CPU对线程不同的调用顺序，而产生不同的运行结果（存在竞态条件）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
每个线程在1个指令周期之内是要保证完成的，但是在多个指令完全由CPU的调度决定的，线程在运行完每个指令的时候，都有可能CPU的时间片到了，线程阻塞住。等待下一轮我们再轮到这个线程执行，才能把剩余的时间片给到这个线程，线程继续执行下面的指令 。 两个线程可能减完的值是相同的，然后把相同的值写回去了  
**所以，我们要保证这个操作线程安全！！！每次只有1个线程去做减减操作**

**使用lock\_guard：**

#include <iostream>
    #include <thread>
    #include <mutex>
    #include <list>
    using namespace std;
    
    int ticketCount = 100;//车站有100张车票，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  
    //lock_guard（拷贝构造和赋值函数删除掉）
    //unique_lock（可以转移指针，只有带右值引用的拷贝构造和赋值） 
    void sellTicket(int index)
    {
        
    	while (ticketCount > 0)//特殊情况：ticketCount=1  所以要进行 锁+双重判断
    	{
        
    		//方法1：mtx.lock();
    		{
        
    			//保证所有线程都能释放锁，防止死锁问题的发生 scoped_ptr（拷贝构造和赋值函数删除掉）
    			lock_guard<std::mutex> lock(mtx);//方法2：智能指针的思想，出作用域就自动析构，释放锁 
    			if (ticketCount > 0)
    			{
        
    				//临界区代码段  =》 原子操作 =》 线程间互斥操作了 =》 mutex
    				cout << "窗口:" << index << "卖出第:" << ticketCount << "张票!" << endl;
    				//cout << ticketCount << endl;
    				ticketCount--;
    			} 
    		}
    		//方法1：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;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

## lock\_guard ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
**和scoped\_ptr类似，把拷贝构造函数和赋值重载函数删除了**

## unique\_lock ##

和unique\_ptr类似。  
把带左值引用参数的拷贝构造函数和赋值重载函数删除了。  
**但是支持带右值引用参数的拷贝构造函数和赋值重载函数（支持 临时对象拷贝构造一个新对象，临时对象给另一个对象赋值）。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]

![在这里插入图片描述][81f6b39f12694b3f9e3c705a64fd942f.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]

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