C++线程库

news2024/11/16 23:32:09

C++线程库是C++11新增的重要的技术之一,接下来来简单学习一下吧! 

thread类常用接口

函数名功能
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。

线程是操作系统中的一个概念,线程对象可以关联一个线程,用来控制线程以及获取线程的状态,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

int main()
{
	std::thread t1;
	std::cout << t1.get_id() << std::endl;
	return 0;
}

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:

// vs下查看
typedef struct
{ /* thread identifier for Win32 */
    void *_Hnd; /* Win32 HANDLE */
    unsigned int _Id;
} _Thrd_imp_t;

当创建一个线程对象后,并且给线程关联线程函数,该线程就被启动,与主线程一起运行。线程函数一般情况下可按照以下三种方式提供:函数指针、lambda表达式、函数对象

#include<iostream>
#include<thread>
void ThreadFunc(int a)
{
	std::cout << "thread1" << a << std::endl;
}

class TF
{
public:
	void operator()()
	{
		std::cout << "thread3" << std::endl;
	}
};
int main()
{
	//线程函数为函数指针
	std::thread t1(ThreadFunc, 10);

	//线程函数为lambda表达式
	std::thread t2([] {std::cout << "thread2" << std::endl; });

	//线程函数为函数对象
	TF tf;
	std::thread t3(tf);

	t1.join();
	t2.join();
	t3.join();

	std::cout << "Main thread!" << std::endl;

	return 0;
}

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,转移期间不意向线程的执行。

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:

采用无参构造函数构造的线程对象、线程对象的状态已经转移给其他线程对象、线程已经调用jion或者detach结束

并发与并行的区别?并发是指多个任务在一时间段内交替执行。并行是指多个任务同时执行,每个任务在独立的处理器上执行。

线程函数参数

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

#include<iostream>
#include<thread>
void threadFunc1(int& x)
{
	x += 10;
}

void threadFunc2(int* x)
{
	*x += 10;
}

int main()
{
	int a = 10;
	//在线程函数中对a修改,不会影响外部实参,线程函数参数虽然是引用方式,但其实际引用的是线程栈中的拷贝
	std::thread t1(threadFunc1, a);
	t1.join();
	std::cout << a << std::endl;

	// 如果想要通过形参改变外部实参时,必须借助std::ref()函数
	std::thread t2(threadFunc1, std::ref(a));
	t2.join();
	std::cout << a << std::endl;

	//地址的拷贝
	std::thread t3(threadFunc2, &a);
	t3.join();
	std::cout << a << std::endl;


	return 0;
}

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。

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,比如:

#include<iostream>
#include<thread>
unsigned long sum = 0L;

void fun(size_t num)
{
	for (size_t i = 0; i < num; ++i)
	{
		sum++;
	}
}

int main()
{
	std::cout << "Before joining,sum = " << sum <<std::endl;
	std::thread t1(fun, 10000000);
	std::thread t2(fun, 10000000);
	t1.join();
	t2.join();
	std::cout << "After joining,sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

C++98中传统的解决方式:可以对共享修改的数据可以加锁保护:

#include<iostream>
#include<mutex>
#include<thread>
unsigned long sum = 0L;
std::mutex _mutex;
void fun(size_t num)
{
	
	for (size_t i = 0; i < num; ++i)
	{
		_mutex.lock();
		sum++;
		_mutex.unlock();
	}
	
}

int main()
{
	
	std::cout << "Before joining,sum = " << sum <<std::endl;
	std::thread t1(fun, 10000000);
	std::thread t2(fun, 10000000);
	t1.join();
	t2.join();
	std::cout << "After joining,sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

虽然加锁可以解决,但是加锁有一个缺陷就是:只要一个线程在对sum++时,其他线程就会被阻塞,会影响程序运行的效率,而且锁如果控制不好,还容易造成死锁。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。需要使用以上原子操作变量时,必须添加头文件#include<atomic>。

#include<iostream>
#include<thread>
#include<atomic>
std::atomic_long sum{ 0 };
void fun(size_t num)
{
	
	for (size_t i = 0; i < num; ++i)
	{
		sum++;
	}
	
}

int main()
{
	
	std::cout << "Before joining,sum = " << sum <<std::endl;
	std::thread t1(fun, 10000000);
	std::thread t2(fun, 10000000);
	t1.join();
	t2.join();
	std::cout << "After joining,sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

可以看到,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,更为普遍的,程序员可以使用atomic类模板,定义出需要的任意原子类型:

atmoic<T> t; // 声明一个类型为T的原子类型变量t

注意:原子类型通常属于"资源型"数据,多个线程只能访问单个原子类型的拷贝,因此在C++11
中,原子类型只能从其模板参数中进行构造,不允许原子类型进行拷贝构造、移动构造以及
operator=等
,为了防止意外,标准库已经将atmoic模板类中的拷贝构造、移动构造、赋值运算符重载默认删除掉了。

#include <atomic>
int main()
{
    atomic<int> a1(0);
    //atomic<int> a2(a1); // 编译失败
    atomic<int> a2(0);
    //a2 = a1; // 编译失败
    return 0;
}

lock_guard与unique_lock

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。

比如:一个线程对变量number进行加一100次,另外一个减一100次,每次操作加一或者减一之
后,输出number的结果,要求:number最后的值为1。

#include<iostream>
#include<mutex>
#include<thread>
#include<atomic>

std::mutex _mutex;
int number = 0;

void threadAdd()
{
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		_mutex.lock();
		++number;
		std::cout << "thread 1: " << number << std::endl;
		_mutex.unlock();
	}
}

void threadDel()
{
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		_mutex.lock();
		--number;
		std::cout << "thread 2: " << number << std::endl;
		_mutex.unlock();
	}
}
int main()
{
	std::thread t1(threadAdd);
	std::thread t2(threadDel);
	t1.join();
	t2.join();

	std::cout << "number:" << number << std::endl;
	system("pause");

	return 0;
}

假设线程 t1 先启动,并在执行 _mutex.lock() 之后被线程调度器暂停,此时线程 t2 启动并执行 _mutex.lock()。由于 _mutex 是一个互斥锁,在 t2 执行期间,t1 将会被阻塞,等待 t2 释放 _mutex。

然而,t2 在执行 --number 之后,还没有执行 std::cout 语句,即便它现在想要释放 _mutex,也无法立即释放,因为其他线程正在等待获取该互斥锁。此时,t2 会被线程调度器暂停,t1 仍然无法继续执行。

这样,t1 和 t2 互相等待对方释放互斥锁,形成了死锁状态。没有任何线程能够继续执行,导致程序被死锁。

因此:C++11采用RAII的方式对锁进行了封装,即lock_guard和unique_lock。

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,也不能进行移动拷贝或赋值。mutex最常用的三个函数:

函数名函数功能.
lock()上锁:锁住互斥量.
unlock()解锁:释放对互斥量的所有权.
try_lock()尝试锁住互斥量,如果互斥量被其他线程占有,则当前线程也不会被阻塞.

注意事项:

⭐当线程调用lock()的时候,会有三种情况:

🌙如果该互斥量当前没有被锁住,则调用线程将该互斥量锁住,直到调用 unlock之前,该线程一直拥有该锁。

🌙如果当前互斥量被其他线程锁住,则当前的调用线程被阻塞住。它会一直等待,直到其他线程释放了该互斥量的锁,才能继续执行。

🌙如果当前互斥量被当前调用线程锁住,再次调用lock操作将导致死锁。这是因为线程已经拥有该互斥量的锁,并且不会释放它,在这种情况下,线程会一直等待自己释放锁,从而导致死锁。

⭐线程函数调用try_lock()时,可能会发生以下三种情况:

🌙如果当前互斥量没有被其他线程占有,则该线程锁住互斥量,直到该线程调用 unlock释放互斥量。
🌙如果当前互斥量被其他线程锁住,则当前调用线程返回 false,而并不会被阻塞掉。
🌙如果当前互斥量被当前调用线程锁住,则会产生死锁(deadlock)。

2. std::recursive_mutex

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() 。

🌙try_lock_for()
接受一个时间范围,表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住(与
std::mutex 的 try_lock() 不同,try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回false),如果在此期间其他线程释放了锁,则该线程可以获得对互斥量的锁,如果超时(即在指定时间内还是没有获得锁),则返回 false。

 
🌙try_lock_until()
接受一个时间点作为参数,在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住,如果在此期间其他线程释放了锁,则该线程可以获得对互斥量的锁,如果超时(即在指定时间内还是没有获得锁),则返回 false。

lock_guard

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下:

//一般传入的就是互斥锁
template<class _Mutex>
class lock_guard
{
public:
	// 在构造lock_gard时,_Mtx还没有被上锁
	//explicit禁止隐式转换
	explicit lock_guard(_Mutex& _Mtx)
		: _MyMutex(_Mtx)
	{
		_MyMutex.lock();
	}
	// 在构造lock_gard时,_Mtx已经被上锁,此处不需要再上锁
	lock_guard(_Mutex& _Mtx, adopt_lock_t)
		: _MyMutex(_Mtx)
	{}
	~lock_guard() _NOEXCEPT
	{
		_MyMutex.unlock();
	}
	lock_guard(const lock_guard&) = delete;
	lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
private:
	_Mutex& _MyMutex;
};

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。

unique_lock

与lock_gard类似,unique_lock类模板也是采用RAII的方式对锁进行了封装,并且也是以独占所有权的方式管理mutex对象的上锁和解锁操作,即其对象之间不能发生拷贝。在构造(或移动(move)赋值)时,unique_lock 对象需要传递一个 Mutex 对象作为它的参数,新创建的unique_lock 对象负责传入的 Mutex 对象的上锁和解锁操作。使用以上类型互斥量实例化unique_lock的对象时,自动调用构造函数上锁,unique_lock对象销毁时自动调用析构函数解锁,可以很方便的防止死锁问题。

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

上锁/解锁操作:lock、try_lock、try_lock_for、try_lock_until和unlock。

 
修改操作:移动赋值、交换(swap:与另一个unique_lock对象互换所管理的互斥量所有权)、释放(release:返回它所管理的互斥量对象的指针,并释放所有权)。

 
获取属性:owns_lock(返回当前对象是否上了锁)、operator bool()(与owns_lock()的功能相
同)、mutex(返回当前unique_lock所管理的互斥量的指针)。

condition_variable 

在C++中也实现了对条件变量的技术支持。条件变量是一种线程同步机制,其作用是对一个线程进行阻塞,而后当该线程的某些条件满足后,就可以进行线程恢复,让线程苏醒。

线程阻塞

std::condition_variable::wait  未满足某些条件时,阻塞线程。

线程通知:

std::condition_variable::notify_all。通知满足该条件的所有线程苏醒。

std::condition_variable::notify_one。通知满足该条件的某一个线程苏醒。 

案例

支持两个线程交替打印,一个打印奇数,一个打印偶数。

#include<iostream>
#include<mutex>
#include<thread>
#include<condition_variable>
//支持两个线程交替打印,一个打印奇数,一个打印偶数
void two_thread_print()
{
	std::mutex _mutex;
	std::condition_variable cv;
	int n = 100;
	bool flag = true;//线程阻塞条件,false的时候,阻塞线程t1,true的时候阻塞线程t2
	std::thread t1([&]() {
		int i = 0;
		while (i < n)
		{
			std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);//上锁
			cv.wait(lock, [&]()->bool {return flag; });//当返回true的时候,该线程不会被阻塞
			std::cout << "t1: "<< i << std::endl;
			flag = false;//条件改变
			i += 2;//偶数
			cv.notify_one();//唤醒满足条件的线程之一
		}
		});
	std::thread t2([&]() {
		int j = 1;
		while (j < n)
		{
			std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);//上锁
			cv.wait(lock, [&]()->bool {return !flag; });//当返回为true的时候,该线程不会被阻塞
			std::cout << "t2: " << j << std::endl;
			flag = true;//改变条件
			j += 2;//奇数
			cv.notify_one();//唤醒满足条件的线程
		}
		});

	t1.join();
	t2.join();
}
int main()
{
	two_thread_print();
	return 0;
}

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/887316.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Python进阶系列(一)——异常处理

异常处理 在程序中&#xff0c;如果出现异常&#xff0c;我们需要捕捉异常&#xff0c;终止程序&#xff08;可能的话&#xff09;&#xff0c;并且提示错误信息。 写好异常处理&#xff0c;对于debug有很大的好处&#xff0c;可以帮助我们捕捉到错误所在的位置&#xff0c;以…

centos 7.9 部署django项目

1、部署框架 主要组件&#xff1a;nginx、uwsgi、django项目 访问页面流程&#xff1a;nginx---》uwsgi---》django---》uwsgi---》nginx 2、部署过程 操作系统&#xff1a;centos 7.9 配置信息&#xff1a;4核4G 50G 内网 eip &#xff1a;10.241.103.216 部署过程&…

【STM32】 工程

&#x1f6a9; WRITE IN FRONT &#x1f6a9; &#x1f50e; 介绍&#xff1a;"謓泽"正在路上朝着"攻城狮"方向"前进四" &#x1f50e;&#x1f3c5; 荣誉&#xff1a;2021|2022年度博客之星物联网与嵌入式开发TOP5|TOP4、2021|2022博客之星TO…

Maven自定义脚手架(多module模块)+自定义参数

脚手架 视频教程&#xff1a; Maven保姆级教程 脚手架是一个项目模板&#xff0c;包含常用的工程结构、代码。 1 自定义脚手架 脚手架创建的步骤如下&#xff0c;先创建一个工程&#xff0c;把常用的代码写好&#xff0c;进入工程根目录&#xff0c;进行如下操作&#xff1a; …

webSocket 笔记

1 认识webSocket WebSocket_ohana&#xff01;的博客-CSDN博客 一&#xff0c;什么是websocket WebSocket是HTML5下一种新的协议&#xff08;websocket协议本质上是一个基于tcp的协议&#xff09;它实现了浏览器与服务器全双工通信&#xff0c;能更好的节省服务器资源和带宽…

全网首发 | 科学计算与系统建模仿真系列课程上线啦!

当前&#xff0c;信息物理融合系统&#xff08;CPS&#xff09;、基于模型的系统工程&#xff08;MBSE&#xff09;、数字孪生、数字化工程等新型技术快速发展&#xff0c;推动装备研制从信息化时代步入到数字化时代&#xff0c;并且呈现数字化与智能化相融合的新时代特点。MWO…

Flink的常用算子以及实例

1.map 特性&#xff1a;接收一个数据&#xff0c;经过处理之后&#xff0c;就返回一个数据 1.1. 源码分析 我们来看看map的源码 map需要接收一个MapFunction<T,R>的对象&#xff0c;其中泛型T表示传入的数据类型&#xff0c;R表示经过处理之后输出的数据类型我们继续往…

vue2+Spring Boot2.7 大文件分片上传

之前我们文章 手把手带大家实现 vue2Spring Boot2.7 文件上传功能 将了上传文件 但如果文件很大 就不太好处理了 按正常情况甚至因为超量而报错 这里 我弄了个足够大的文件 我们先搭建 Spring Boot2.7 环境 首先 application.yml 代码编写如下 server:port: 80 upload:path:…

机器学习、cv、nlp的一些前置知识

为节省篇幅&#xff0c;不标注文章来源和文章的问题场景。大部分是我的通俗理解。 文章目录 向量关于向量的偏导数&#xff1a;雅可比矩阵二阶导数矩阵&#xff1a;海森矩阵随机变量随机场伽马函数beta分布数学术语坐标上升法协方差训练集&#xff0c;验证集&#xff0c;测试集…

2023年7月京东冰箱行业品牌销售排行榜(京东运营数据分析)

作为日常使用的大家电之一&#xff0c;如今我国冰箱产业已渐趋饱满&#xff0c;市场增长有限。今年上半年&#xff0c;冰箱市场整体销额同比去年来看勉强保持小幅增长。不过&#xff0c;7月份&#xff0c;冰箱大盘的销售表现就略显萧条了。 根据鲸参谋电商数据分析平台的相关数…

css3-grid:grid 布局 / 基础使用

一、理解 grid 二、理解 css grid 布局 CSS Grid布局是一个二维的布局系统&#xff0c;它允许我们通过定义网格和网格中每个元素的位置和尺寸来进行页面布局。CSS Grid是一个非常强大的布局系统&#xff0c;它不仅可以用于构建网格布局&#xff0c;还可以用于定位元素&#xf…

cpu和io的关系

在说io的五中模型之前,先说说Io把文件从哪里移到了哪里 自己的理解: 根据工作或者遇到的业务. 文件不可能存在缓存或在内存中,因为缓存和内存不能永久性储存东西, 文件需要被永久性储存.因此文件都存在电脑的硬盘里, 或者存在云服务器的它们的硬盘里. 我们io文件, 第一…

实现语音识别系统:手把手教你使用STM32C8T6和LD3320(SPI通信版)实现语音识别

本文实际是对LD3320&#xff08;SPI通信版&#xff09;的个人理解&#xff0c;如果单论代码和开发板的资料而言&#xff0c;其实当你购买LD3320的时候&#xff0c;卖家已然提供了很多资料。我在大学期间曾经多次使用LD3320芯片的开发板用于设计系统&#xff0c;我在我的毕业设计…

系统学习Linux-Mariadb高可用MHA

概念 MHA&#xff08;MasterHigh Availability&#xff09;是一套优秀的MySQL高可用环境下故障切换和主从复制的软件。 MHA 的出现就是解决MySQL 单点的问题。 MySQL故障切换过程中&#xff0c;MHA能做到0-30秒内自动完成故障切换操作。 MHA能在故障切换的过程中最大程度上…

IDEA 找不到项目 ‘org.springframework.boot:spring-boot-starter-parent:3.1.2‘

找不到项目 ‘org.springframework.boot:spring-boot-starter-parent:2.6.7’ 这个问题主要是因为ide的缓存导致的&#xff0c;我们直接清理缓存并重启ide 重启之后ide会对pom文件进行编排索引完成之后问题就没有了

去掉鼠标系列之一: 语雀快捷键使用指南

其实应该是系列之二了&#xff0c;因为前面写了一个关于Interlij IDEA的快捷键了。 为什么要写这个了&#xff0c;主要是觉得一会儿用鼠标&#xff0c;一会儿键盘&#xff0c;一点儿不酷&#xff0c;我希望可以一直用键盘&#xff0c;抛开鼠标。后面陆续记录一下各个软件的快捷…

STM32CubeMx之esp8266的at指令使用

AT //返回ok则为正常 ATCWMODE1//设置为设备模式 ATCWLAP//搜索附近可用wifi ATCWJAP"CMCC-5-7","chb513029"//连接热点 ATCIPMUX0//设置wifi为单连接 ATCIPSTART"TCP","192.168.37.1",1001//连接tcp 这里遇到了重重问题 这里我…

VScode搭建Opencv(C++开发环境)

VScode配置Opencv 一、 软件版本二 、下载软件2.1 MinGw下载2.2 Cmake下载2.3 Opencv下载 三、编译3.1 cmake-gui3.2 make3.3 install 四、 VScode配置4.1 launch.json4.2 c_cpp_properties.json4.3 tasks.json 五、测试 一、 软件版本 cmake :cmake-3.27.2-windows-x86_64 Mi…

Go framework-Beego

一、Beego Beego用于在Go中快速开发企业应用程序&#xff0c;包括RESTful API、web应用程序和后端服务。 Beego 源码地址 Beego 官方站点 Beego 官方说明 Beego的特性 RESTful支持MVC架构模块化自动API文档注释路由命名空间开发工具集合Full stack for Web & API Bee…

iTOP-2K1000开发板固态硬盘分区

固态硬盘分区的目的是把固态硬盘分成一个分区并格式化为 ext2&#xff0c;在 linux 系统下&#xff0c;分区主要使用的命令是 fdisk 命令。接下来我们一起看下分区操作。 U 盘启动成功以后进到文件系统&#xff0c;输入命令 fdisk -l 查看当前开发板的固态硬盘的节点&#xff…