boost::thread简要分析（1）：thread

昨天在写作“大卫的Design Patterns学习笔记”过程中，编写了一个多线程Producer-Consumer的示例，其中用到了boost::thread，但在线程同步的问题上遇到了些问题，到csdn和vckbase上发帖子问了一下，也没人回答，没有办法，只好晚上回家搬出源码研究了一下，总算解决了问题，下面将自己的理解写下来，与大家分享、讨论。
注：以下讨论基于boost1.32.0。

boost::thread库跟boost::function等很多其它boost组成库不同，它只是一个跨平台封装库（简单的说，就是根据不同的宏调用不同的API），里面没有太多的GP编程技巧，因此，研究起来比较简单。

boost::thread库主要由以下部分组成：
thread
mutex
scoped_lock
condition
xtime
barrier
下面依次解析如下：

thread
thread自然是boost::thread库的主角，但thread类的实现总体上是比较简单的，前面已经说过，thread只是一个跨平台的线程封装库，其中按照所使用的编译选项的不同，分别决定使用Windows线程API还是pthread，或者Macintosh Carbon平台的thread实现。以下只讨论Windows，即使用BOOST_HAS_WINTHREADS的情况。
thread类提供了两种构造函数：
thread::thread()
thread::thread(const function0<void>& threadfunc)
第一种构造函数用于调用GetCurrentThread构造一个当前线程的thread对象，第二种则通过传入一个函数或者一个functor来创建一个新的线程。第二种情况下，thread类在其构造函数中间接调用CreateThread来创建线程，并将线程句柄保存到成员变量m_thread中，并执行传入的函数，或执行functor的operator ()方法来启动工作线程。
此外，thread类有一个Windows下的程序员可能不大熟悉的成员函数join，线程（通常是主线程）可以通过调用join函数来等待另一线程（通常是工作线程）退出，join的实现也十分简单，是调用WaitForSingleObject来实现的：
WaitForSingleObject(reinterpret_cast<HANDLE>(m_thread), INFINITE);
我们可以用以下三种方式启动一个新线程：
1、传递一个工作函数来构造一个工作线程
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <iostream>

boost::mutex io_mutex;

void count()    // worker function
{
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
        std::cout << i << std::endl;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    boost::thread thrd1(&count);
    boost::thread thrd2(&count);
    thrd1.join();
    thrd2.join();

    return 0;
}
2、传递一个functor对象来构造一个工作线程
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <iostream>

boost::mutex io_mutex;

struct count
{
    count(int id) : id(id) { }

    void operator()()
    {
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);        // lock io, will be explained soon.
            std::cout << id << ": " << i << std::endl;
        }
    }

    int id;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    boost::thread thrd1(count(1));
    boost::thread thrd2(count(2));
    thrd1.join();
    thrd2.join();
    return 0;
}
3、无需将类设计成一个functor，借助bind来构造functor对象以创建工作线程
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <iostream>

boost::mutex io_mutex;

struct count
{
    static int num;
    int id;

    count() : id(num++) {}

    int do_count(int n)
    {
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
            std::cout << id << ": " << i << std::endl;
        }
        return id;
    }
};

int count::num = 1;

int main(int argc, char* argv[])
{
    count c1;
    boost::thread thrd1(boost::bind(&count::do_count, &c1, 10));
    thrd1.join();
    return 0;
}
其中bind是一个函数模板，它可以根据后面的实例化参数构造出一个functor来，上面的boost::bind(&count::do_count, &c1, 10)其实等价于返回了一个functor：
struct countFunctor
{
    int operator() ()
    {
        (&c1)->do_count(10);    // just a hint, not actual code
    }
};
因此，以后就跟2中是一样的了。