C++ 线程（std::thread）使用与并发

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进程和线程

并发和并行

C++11 线程

多线程支持库

std::thread 类成员函数

总结

示例

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进程和线程

• 进程：程序（应用程序，可执行文件）一次执行，便开启了一个进程；

进程是 CPU 独立分配资源的单位

• 线程：进程中的一个实体，被系统独立分配和调度的基本单位

线程是 CPU 可执行调度的最小单位，进程本身并不能获取 CPU 时间，只有它的线程可以。

线程参与操作系统的调度，参与CPU的竞争，得到分配的时间片，获得处理机（CPU）运行。
进程负责获取操作系统分配的资源，如内存。

并发和并行

• 并发：同一时段内可以交替处理多个操作，强调同一时段内交替发生；

• 并行：同一时刻内同时处理多个操作，强调同一时刻同时发生。

C++11 线程

多线程支持库

C++ 标准并没有提供对多进程并发的原生支持，所以 C++ 的多进程并发要靠其他 API。

• <thread>: 提供线程创建及管理的函数或类接口；

• <mutex>: C++11 互斥量 Mutex。多线程环境下避免竞争同一个公共资源；

• <condition_variable>: 允许一定量的线程等待（可定时）被另一线程唤醒，然后再继续执行；

• <future>: 提供了一些工具来获取异步任务（即在单独的线程中启动的函数）的返回值，并捕捉其所抛出的异常；

• <atomic>: 为细粒度的原子操作（不能被处理器拆分处理的操作）提供组件，允许无锁并发编程。

std::thread 类成员函数

• get_id: thread::id 线程 ID 获取；

• joinable: 检查线程是否可被 join 。检查线程是否标识 active 的可行性编程；

  缺省构造的、已完成 join 的、已经 detach 的线程都不是 joinable 。

• join: 函数关联并阻塞线程，等待该线程执行完毕后继续；

• detach: 函数解除关联使线程可以和主线程并发执行，若主线程执行完毕退出则关联线程也将自动退出；

• native_handle: 返回与 std::thread 具体实现相关联的线程句柄；

• swap: 交换两个线程对象所代表的底层句柄；

• operator: 移动线程对象。

    命名空间 this_thread 声明在 <thread> 头文件中，可对当前调用者线程的 ID 的获取：

• get_id: 获取当前调用者线程的ID；

• yield: 将调用者线程跳出运行状态，重新交给操作系统进行调度，即当前线程放弃执行，操作系统调度另一线程继续执行；

• sleep_until: 将线程阻塞至某个时间点(time point)；

• sleep_for: 将线程阻塞某个指定时间片(time span)，不过由于线程调度等原因，实际休眠可能比 sleep_duration 所表示的更长。

总结

1. 判断一个 thread 对象是否关联某个线程，使用 joinable() 接口，返回 true 则表明该对象关联着某个线程（即使该线程已经执行结束）；

2. joinable 的对象析构前必须调用 join() 等待结束，或者调用 detach() 解除关联；

3. 正在执行的线程从关联的对象 detach() 后会自主执行直至结束，对应的对象变成不关联任何线程的对象，joinable() 返回 false；

4. std::thread 没有拷贝构造和拷贝复制，没有多个对象表示同一执行线程；

5. 默认构造的、被移动后的、detach 或 join 后的线程对象不关联任何线程。

示例

• 可调用函数，时间段阻塞（线程暂停）

// 时间段阻塞线程
void f1()
{
    std::cout << "hello" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}

    // 调用
    std::thread t1(f);
    t1.join();

• 函数重载，带参数

// 可调用函数重载，线程带参数
class Task
{
public:
    void operator()(int i)
    {
        std::cout << "参数：" << i << std::endl;
    }
};

    // 调用
    Task task;
    std::thread t3(task, i);
    t3.join();

• 线程传递引用

void f2(int &i)
{
    std::cout << "引用 ：" << (i+=4) << std::endl;
}

    // 调用
    std::thread t4(f2, std::ref(i));
    t4.join();

• 转移线程所有权

    std::thread t5(std::move(t4));

• 线程 ID

    // 线程调用函数内部获取
    // function(){std::thread::id this_id = std::this_thread::get_id();}
    // 线程获取
    std::thread::id id = t5.get_id();