C++多线程编程，线程互斥和同步通信，死锁问题分析解决

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聊聊线程面试那些事||线程起源||线程模型||进程和线程的联系和区别||为什么需要线程池

 

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C++11的多线程类thread

C++11之前，C++库中没有提供和线程相关的类或者接口，因此在编写多线程程序时，Windows上需要调用CreateThread创建线程，Linux下需要调用clone或者pthread线程库的接口函数pthread_create来创建线程。但是这样是直接调用了系统相关的API函数，编写的代码，无法做到跨平台编译运行。

C++11之后提供了thread线程类，可以很方便的编写多线程程序（注意：编译器需要支持C++11之后的语法），代码示例如下：

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

// 线程1的线程函数
void threadProc1()
{
	cout << "thread-1 run begin!" << endl;
	// 线程1睡眠2秒
	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
	cout << "thread-1 2秒唤醒，run end!" << endl;
}

// 线程2的线程函数
void threadProc2(int val, string info)
{
	cout << "thread-2 run begin!" << endl;
	cout << "thread-2 args[val:" << val << ",info:" << info << "]" << endl;
	// 线程2睡眠4秒
	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(4));
	cout << "thread-2 4秒唤醒，run end!" << endl;
}
int main()
{
	cout << "main thread begin!" << endl;

	// 创建thread线程对象，传入线程函数和参数，线程直接启动运行
	thread t(threadProc1);
	thread t1(threadProc2, 20, "hello world");

	// 等待线程t和t1执行完，main线程再继续运行
	t.join();
	t1.join();

	cout << "main thread end!" << endl;
	return 0;
}

代码运行打印如下：

main thread begin!
thread-1 run begin!
thread-2 run begin!
thread-2 args[val:20,info:hello world]
thread-1 2秒唤醒，run end!
thread-2 4秒唤醒，run end!
main thread end!

可以看到，在C++语言层面编写多线程程序，用thread线程类非常简单，定义thread对象，只需要传入相应的线程函数和参数就可以了。

上面同样的代码在Linux平台下面用g++编译：

g++ 源文件名字.cpp -lpthread

【注意】：需要链接pthread线程动态库，所以C++的thread类在Linux环境下使用的就是pthread线程库的相关接口。

然后用strace命令跟踪程序的启动过程：

tony@tony-virtual-machine:~/code$ strace ./a.out

有如下打印输出：

说明C++ thread线程对象启动线程的调用过程就是 thread->pthread_create->clone，还是Linux pthread线程库使用的那一套，好处就是现在可以跨平台编译运行了，在Windows上当然调用的就是CreateThread系统API创建线程了。

线程互斥

在多线程环境中运行的代码段，需要考虑是否存在竞态条件，如果存在竞态条件，我们就说该代码段不是线程安全的，不能直接运行在多线程环境当中，对于这样的代码段，我们经常称之为临界区资源，对于临界区资源，多线程环境下需要保证它以原子操作执行，要保证临界区的原子操作，就需要用到线程间的互斥操作-锁机制，thread类库还提供了更轻量级的基于CAS操作的原子操作类。

下面用模拟3个窗口同时卖票的场景，用代码示例一下线程间的互斥操作。

thread线程类库的互斥锁mutex

下面这段代码，启动三个线程模拟三个窗口同时卖票，总票数是100张，由于整数的- -操作不是线程安全的操作，因为多线程环境中，需要通过加互斥锁做到线程安全，代码如下示例：

// 车票总数是100张
volatile int tickets = 100; 
// 全局的互斥锁
std::mutex mtx;

// 线程函数
void sellTicketTask(std::string wndName)
{
	while (tickets > 0)
	{
		// 获取互斥锁资源
		mtx.lock();
		if (tickets > 0)
		{
			std::cout << wndName << " 售卖第" << tickets << "张票" << std::endl;
			tickets--;
		}
		// 释放互斥锁资源
		mtx.unlock();

		// 每卖出一张票，睡眠100ms，让每个窗口都有机会卖票
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
	}
}

// 模拟车站窗口卖票，使用C++11 线程互斥锁mutex
int main()
{
	// 创建三个模拟窗口卖票线程
	std::thread t1(sellTicketTask, "车票窗口一");
	std::thread t2(sellTicketTask, "车票窗口二");
	std::thread t3(sellTicketTask, "车票窗口三");

	// 等待三个线程执行完成
	t1.join();
	t2.join();
	t3.join();

	return 0;
}

通过上面的代码可以看到，C++11