C++多线程的Demo（二）

news2024/10/27 3:32:19

前言

        接上文，这次对C++多线程和并发有了一些粗浅的理解，上一篇文章如下：

C++多线程的Demo（一）_c++ demo-CSDN博客

 详细讲解join()和detach():

        每一个程序至少拥有一个线程，那就是执行main()函数的主线程，而多线程则是出现两个或两个以上的线程并行运行，即主线程和子线程在同一时间段同时运行。而在这个过程中会出现几种情况：

        主线程先运行结束
        子线程先运行结束
        主子线程同时结束


        在一些情况下需要在子线程结束后主线程才能结束，而一些情况则不需要等待，但需注意一点，并不是主线程结束了其他子线程就立即停止，其他子线程会进入后台运行！！！这一点很多人根本发不现，包括原来的自己，以为主线程停了，子线程就自己消失了，其实并不是。在C++层面，子线程仍然在运行，只是对于不同的操作系统，会有一些优化，所以子线程会被优化掉，但是为了跨平台和安全性，还是应该注意。（当然，如果是detach的，C++运行时库也会在主线程退出以后，正确回收相关的资源，但是这不是我们自己不管理的理由）

join()示例

        join()函数是一个等待线程完成函数，主线程需要等待子线程运行结束了才可以结束。这样操作比较安全，但是有个致命的问题是，一定要注意join()的位置。如果在创建子线程以后，立马join()，然后再跟上主线程的任务，那么join()以后，程序会等待子线程执行，然后再执行主线程的任务，那么无非就是把主线程阻塞住，然后去执行子线程的部分任务，那这样和把所有任务都交给主线程有啥区别吗？多此一举不是？例如以下：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void func()
{
   for(int i = -10; i > -20; i--)
    {
        cout << "from func():" << i << endl;
    }
}

int main()			//主线程
{
	cout << "mian()" << endl;
    cout << "mian()" << endl;
    cout << "mian()" << endl;
	thread t(func);	//子线程
	t.join();		//等待子线程结束后才进入主线程
    cout << "mian()" << endl;
    cout << "mian()" << endl;
    cout << "mian()" << endl;
	return 0;
}

所以，为了能够保证主线程和子线程确实是分开执行的，应该把join()放到尽可能靠后的位置：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void func()
{
	for(int i = 10; i > 0; i--)
	{
		cout << "from func():" << i << endl;
		_sleep(1);
	}
}

int main()			//主线程
{
	thread t(func);	//子线程
	for(int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		_sleep(1);
	}
	t.join();		//等待子线程结束
	return 0;
}

detach()示例

detach()称为分离线程函数，使用detach()函数会让线程在后台运行，即说明主线程不会等待子线程运行结束才结束。通常称分离线程为守护线程(daemon threads),UNIX中守护线程是指，没有任何显式的用户接口，并在后台运行的线程。这种线程的特点就是长时间运行；线程的生命周期可能会从某一个应用起始到结束，可能会在后台监视文件系统，还有可能对缓存进行清理，亦或对数据结构进行优化。

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void func()
{
	for(int i = 10; i > 0; i--)
	{
		cout << "from func():" << i << endl;
		_sleep(1);
	}
}

int main()			//主线程
{
	thread t(func);	//子线程
	t.detach();		//分离子线程
	for(int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		_sleep(1);
	}
	
	return 0;
}

这时候我们发现，在创建完子线程以后，直接detach()的话，和join想要的结果相同。

注意1：无限循环的子线程问题

        需要注意的是，以上这个例子是一个很快就执行完的子线程任务，如果是一个无限循环的任务，就不一定了，既然是分离，那么主线程关闭与否，并不影响子线程的运行状态。虽然在某些情况下，操作系统可能会在主线程结束后清理所有相关的资源，包括子线程。但是，这并不是C++标准所保证的行为，它完全依赖于操作系统的实现。

        所以，对于这种情况，建议使用join()来等待子线程结束，或者在子线程中设置某种形式的退出条件，以便它可以检测到主线程已经结束，并相应地结束自己的执行。

        使用标志位去控制的方法如下：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void func(bool & flag)    // 这里使用引用传递
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():" << i++ << endl;
		_sleep(100);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()			//主线程
{
	bool f = true;
	thread t(func, std::ref(f));	//子线程
	t.detach();			//分离子线程
	for(int i = 0; i < 50; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		_sleep(100);
	}
	f=false;
	_sleep(100);    // 最后需要等待100ms，不然的话，子线程无法执行end那句话
	return 0;
}

注意2：主线程报错退出的问题

        我们想象这么一种情况，就是子线程运行的好好的，也设置了停止条件，但是主线程里面，如果执行某个语句报错了咋办嘞？ 就无法运行到那个标志位改变了，这样子线程也是停不了的：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
using namespace std;

void func(bool & flag)	// 这里使用引用
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():" << i++ << endl;
		_sleep(100);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()			//主线程
{
	bool f = true;
	thread t(func, std::ref(f));	//子线程，传递参数
	t.detach();						//分离子线程
	for(int i = 0; i <50 ; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		if(i==25) throw std::runtime_error("An error occurred!");	// 手动抛出异常
		_sleep(100);
	}
	f=false;
	_sleep(100);		// 最后需要等待100ms，不然的话，子线程无法执行end那句话
	return 0;
}

解决办法就是加一个try 和catch：

伪代码如下：

thread t(func, std::ref(f));	//子线程，传递参数
try{
    do_something_in_current_thread();
}
catch(...)
{
    t.join();	  //关闭子线程
    flag = false; //标志位置为关
    throw;        //还是抛出异常退出
}

t.join();         //正常退出子线程
flag = false;     //标志位置为关

当然，使用detach(）也行，就是改变一下位置即可。代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
using namespace std;

void func(bool & flag)	// 这里使用引用
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():" << i++ << endl;
		_sleep(100);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()			//主线程
{
	bool f = true;
	thread t(func, std::ref(f));	//子线程，传递参数
	t.detach();						//分离子线程
	try{
		for(int i = 0; i <50 ; i++)
		{
			cout << "mian():" << i << endl;
			if(i==25) throw std::runtime_error("An error occurred!");	// 手动抛出异常
			_sleep(100);
		}
	}
	catch(...)
	{
		cout<<"something error!!!"<<endl;
		f=false;
		_sleep(100);
        //throw;        // 如果要保证程序正常报错的话，建议还是加上这段话
	}
	
	f=false;
	_sleep(100);		// 最后需要等待100ms，不然的话，子线程无法执行end那句话
	return 0;
}

        可以看到，顺利退出子线程了，但是这么写，如果只是一个的话，还好，如果有多个都可能报错嘞？ 那岂不是得写一大堆try ... catch()... ？ 这个嘛，目前还在思考有没有解决方法，如果有解决方法的话，后期会补充。

注意3：传递参数使用引用

一般情况下，传递参数很简单，例如：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>
#include <exception>
using namespace std;

void func(int flag = 10, string s = string())	
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():"<<s.c_str() << flag-- << endl;
		_sleep(10);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()							//主线程
{
	bool f = true;
	int  a = 100;
	// thread t(func, 100);
	thread t(func, a ,"test");				//子线程，传递参数
	t.detach();						//分离子线程

	for(int i = 0; i <20 ; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		_sleep(100);
	}
	
	cout<<"Main end"<<endl;

	return 0;
}

但是如果传递的是引用的话，需要注意，如果传递的是一个函数内部的局部变量，多线程引用了此变量，在函数执行以后，子线程如果再使用此变量容易引发未定义的问题。一般来说，可以使用const &引用模式，然后转为右值以后再传递。比如指针指针unique_ptr，不能复制，只能移动，就需要使用move语句转为右值传递。

使用RAII实现线程管理

使用ThreadGuard类的析构函数来将标志位改变。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
using namespace std;

class ThreadGuard {
	std::thread& t;
	bool &flag; 
public:
	//ThreadGuard(std::thread& t_):t(t_) {}		// 没有标志位就使用这个
	ThreadGuard(std::thread& t_, bool& flag_):t(t_),flag(flag_) {}
	
	~ThreadGuard() {
		cout<<"~ThreadGuard()"<<endl;
		flag = false;
		_sleep(100);		// 最后需要等待100ms，不然的话，子线程无法执行end那句话
		//if(t.joinable())	// 如果不是detach()，就这么写
		//	t.join();
	}
	ThreadGuard(ThreadGuard const&) = delete;				//拷贝构造
	ThreadGuard& operator=(ThreadGuard const&) = delete;	//赋值运算符
};

void func(bool & flag)	// 这里使用引用
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():" << i++ << endl;
		_sleep(100);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()			//主线程
{
	bool f = true;
	thread t(func, std::ref(f));	//子线程，传递参数
	t.detach();						//分离子线程
	
	ThreadGuard *tg = new ThreadGuard(t,f);
	for(int i = 0; i <50 ; i++)
	{
		cout << "mian():" << i << endl;
		//if(i==25) throw std::runtime_error("An error occurred!");	// 手动抛出异常
		_sleep(100);
	}
	
	delete tg;

	return 0;
}

这里需要注意的是，其实不使用指针，使用变量也可以，不过可以使用大括号来控制，因为离开了大括号的范围，就会自动调用析构函数，例如我这里使用do  while的大括号：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
using namespace std;

class ThreadGuard {
	std::thread& t;
	bool &flag; 
public:
	//ThreadGuard(std::thread& t_):t(t_) {}		// 没有标志位就使用这个
	ThreadGuard(std::thread& t_, bool& flag_):t(t_),flag(flag_) {}
	
	~ThreadGuard() {
		cout<<"~ThreadGuard()"<<endl;
		flag = false;
		_sleep(100);		// 最后需要等待100ms，不然的话，子线程无法执行end那句话
		//if(t.joinable())	// 如果不是detach()，就这么写
		//	t.join();
	}
	ThreadGuard(ThreadGuard const&) = delete;				//拷贝构造
	ThreadGuard& operator=(ThreadGuard const&) = delete;	//赋值运算符
};

void func(bool & flag)	// 这里使用引用
{
	int i=0;
	while(flag)
	{
		cout << "from func():" << i++ << endl;
		_sleep(100);
	}
	cout << "from func() end!!!" << endl;
}

int main()			//主线程
{
	bool f = true;
	thread t(func, std::ref(f));	//子线程，传递参数
	t.detach();						//分离子线程
	
	do
	{
		ThreadGuard tg(t,f);
		for(int i = 0; i <50 ; i++)
		{
			cout << "mian():" << i << endl;
			if(i==25) break;	// 手动中级退出
			_sleep(100);
		}
	}while(false);
	
	cout<<"Main end"<<endl;

	return 0;
}

会发现在中途退出了。所以可见，使用这种方法，可以使用大括号来控制。当然，直接使用大括号也是可以的，不是一定要使用do while的大括号。

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