C++11并发与多线程-优快云博客

多线程入门学习

以下内容总结自KuangXiang老师免费分享在网易云课堂上的视频教程《C++11并发与多线程》,感谢KuangXiang老师的分享

1.基本概念

什么叫并发
　　两个或者多个任务（独立任务）同时发生；
　　单核CUP下是没有并发的，单核CPU下所谓的“并发”是由操作系统调度，每秒钟进行多次所谓的“任务切换”。这种任务切换称为上下文切换，上下文切换是有时间开销的，比如操作系统要保存切换时的各种状态信息、执行进度，待切换回来的时候要知道原来的状态。
什么叫进程
　　在windows下运行起来的一个exe文件就是一个进程。因为主线程是自动启动，所以一个进程至少有一个线程即主线程。
什么叫线程
　　线程其实就是用来执行代码的。每个进程（即运行起来的可执行程序），都有一个主线程，这个主线程在当前进程中是唯一的，也就是一个进程中只能有一个主线程。当你执行可执行程序时会自动创建一个主线程。进程结束，主线程也就结束了。
　　运行程序时，实际上是进程的主线程来执行（调用）这个main函数中的代码。除了主线程外，也可以通过自己写代码创建其他线程，如果把线程理解成一个代码的执行通路或道路的话，自己创建的线程走的是别的道路。每创建一个新线程，就可以在同一个时刻，多干一个不同的事情（多走一条不同的代码执行路径）
线程不是越多越好，每个线程都需要一个独立的堆栈空间（1M大小）,太多的线程占用内存，而且线程之间切换也是有时间消耗，线程太多，把时间都花费在线程切换上了，占用原本属于程序运行的时间。创建的线程最大数目不建议超过200-300个，有的时候线程太多反而会降低效率。
- 主线程
  主线程从main()开始执行，自己创建的线程，也需要从一个函数开始运行（初始函数），一旦这个函数运行完毕，就代表这个线程运行结束。比如main函数运行结束，主线程就结束，而主线程结束代表整个进程执行完毕了，如果主线程结束了还有其他子线程在运行，那其他子线程也会被强制终止。如果想保持子线程的运行状态的话，不要让主线程结束(这句话也有例外）

//主线程开始执行如下main()函数
main(){
   //..各种代码
return ;
//主线程执行完main中return后，表示整个进程运行完毕，此时主线程结束运行，这个进程也结束运行。

如何实现并发
手段：1.通过多个进程实现并发；2.在单独的进程中，通过创建多个线程来实现并发，自己写代码创建除了主线程外的其他线程。
多进程并发
word启动后是进程，excel启动后也是一个进程同时启动两个程序就是多进程并发。
进程之间的通信：（1）同一台电脑：管道，文件，消息队列，共享内存；（2）不同电脑上：socket通信技术;
多线程并发（单个进程中创建多个线程）
每个线程都有自己独立的运行路径，但是一个进程中的所有线程共享内存空间（如全局变量，指针，引用都可以在线程之间传递）。共享内存带来新的问题：数据一致性问题，比如多个线程对某块内存数据的操作。平时使用多线程多于多进程
- 和进程相比，线程有如下优点：
  （1）线程启动速度更快，更轻量级；（2）系统资源开销更小，执行速度更快，比如共享内存这种通信方式比任何其他的通信方式都快；
- 缺点：
  （1）多线程使用起来有一定难度，要小心处理数据的一致性问题。

2. 写多线程程序

基本操作

需要包含include<thread>头文件，来使用thread类
自己创建的线程也需要从一个函数开始运行（初始函数)；
在main()函数中写代码

//p-1
//以下代码就有两个线程在跑，一个是主线程，一个是自己创建的线程，这里两个线程是同时进行，区别与函数调用
#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
void myprint()
{
   cout<<"my thread~1"<<endl;
   cout<<"my thread~2"<<endl;
   cout<<"my thread~3"<<endl;
   cout<<"my thread~4"<<endl;
}
int main()
{
   thread myt(myprint);//1.创建了线程，指定了线程执行入口是myprint()。2.该语句创建后，myprint函数就开始执行了
   myt.join();//在这一步，join函数会阻塞主线程往下执行，让主线程停在这里等待子线程执行到这一步后，主线程往下执行下面的步骤，
  //myt.detach();//detach分离主线程和子线程，主线程不用等待子线程，两者可以分开跑，但是在主线程结束时，即到达`return 0` 时，子线程即使没有结束也会终止。

   cout<<"In Main function"<<endl;
   return 0;
}

thread类
thread类是标准库中的一个类，目的是用来创建线程的，p-1例子中myt就是创建的一个thread的对象。myt(myprint)创建对象，并且用myprint()函数初始化myt对象。一旦初始化该对象后，myprint()函数就开始执行，也就是该线程就开始执行了。
2.1. join()函数
阻塞主线程，让主线程停在调用join()处，让主线程等待子线程执行到join函数处，主线程再开始接着执行。有些时候不使用join函数会出现主线程已经执行完，而子线程还没有执行完，程序出现异常终止。
2.2. detach()函数（使用的较少）
传统多线程程序，主线程要等待子线程执行完毕，然后自己再退出。 ** 一旦调用了detach()函数，就不能在使用join函数，让主线程等待子线程了**
使用detach()函数，主线程不用和子线程汇合了，主线程执行主线程的，子线程执行子线程的，主线程运行结束前子线程依然可以接着执行自己的剩余部分。 但要注意主线程结束时，子线程如果没有执行完也会被迫结束。
- 引入detach的原因：
  如果创建了很多子线程，让主线程逐个等待子线程结束，这样的编程方法不太好。
2.3. joinable()
判断是否可以当前对象（比如myt）是否可以使用join()或者detach()函数。如果可以使用，joinable的返回值为true，即可以使用join或detach函数。

创建线程的方法
创建线程，需要将可调用对象作为参数传递给thread类对象。
3.1. 函数名作为可调用对象创建线程
比如例子p-1就是将函数名作为可调用对象传递给myt对象来创建了一个线程。
3.2. 类对象作为可调用对象创建线程
使用类对象时，要注意处理引用

 //p-2
 #include<iostream>
 #include<thread>
 using namespace std;
 class TA
 {
 public:
 void operator()()//需要重载"()"类对象才能作为可调用对象
 {
    cout<<"我的线程operator()开始执行了"<<endl;  
     cout<<"我的线程operator()开始执行了"<<endl;   
 }
 };
 int main()
 {
    TA ta;
    thread myt(ta);//ta：可调用对象。
    myt.join();
    //myt.detach()
    cout<<"this in In Main function"<<endl;
    return 0;
 }

3.3. 用lamda表达式创建多线程

//p-3
 #include<iostream>
 #include<thread>
 using namespace std;
 int main()
 {
    auto mylamthread=[]{
    cout<<"我的线程lamda开始执行"<<endl;
    //...
    cout<<"我的线程lamda执行结束"<<endl;
    };
    thread myt(mylamthread);
    myt.join();
    //myt.detach();
    cout<< "this in In Main function1" << endl;   
    cout << "this in In Main function2" << endl;   
    cout << "this in In Main function3" << endl;   
    return 0;   
 }