線程的基本使用 thread

創(chuàng)建線程的函數(shù)，頭文件thread。參數(shù)可以是函數(shù)名、仿函數(shù)、lambda表達式、類等等。

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等待子線程執(zhí)行完畢

子線程和子進程的死亡是有些區(qū)別的。主進程執(zhí)行完成后，如果子進程沒有執(zhí)行完會被系統(tǒng)init托管；主線程執(zhí)行完后，如果子線程還沒有執(zhí)行完，子線程會被強制結(jié)束。這就有了join函數(shù)，等待子線程執(zhí)行完后在繼續(xù)執(zhí)行。

detach

守護線程，detach的作用是使主線程結(jié)束后，子線程不會強制結(jié)束

joinable

判斷線程是否執(zhí)行了join或者detach這兩個函數(shù)，沒有調(diào)用返回true

線程傳遞參數(shù)注意事項 線程中函數(shù)參數(shù)

• 如果線程中的函數(shù)參數(shù)是引用類型，傳遞的其實也是拷貝。如果不給參數(shù)增加std::ref的話，除了指針都是值傳遞
• 如果使用的detach后，使用指針傳遞要注意參數(shù)內(nèi)存釋放的時機，如果主線程結(jié)束后，子線程的參數(shù)內(nèi)存肯定是會被釋放的
• 如果想改變主線程中的參數(shù)，在傳遞參數(shù)的時候可以加上std::ref，此時要注意內(nèi)存問題
• 如果傳遞int這種簡單類型，推薦使用值傳遞，不要用引用
• 如果傳遞類對象，參數(shù)需要用const &去接，這樣可以少執(zhí)行一次拷貝構(gòu)造
• 拒接使用隱士轉(zhuǎn)換當參數(shù)，隱式轉(zhuǎn)換實在子線程中進行轉(zhuǎn)換的，可能出現(xiàn)內(nèi)存問題，要使用顯示轉(zhuǎn)換

mutex互斥量用法、死鎖 互斥量的用法

? 包含#include 頭文件

• lock()，unlock()

  步驟：1.lock()，2.操作共享數(shù)據(jù)，3.unlock()。
  lock()和unlock()要成對使用
  2.2 lock_guard類模板

• lock_guard sbguard(myMutex);
  取代lock()和unlock()
  lock_guard構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行了mutex::lock();在作用域結(jié)束時，調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，執(zhí)行mutex::unlock()

死鎖

? 兩個線程都已經(jīng)鎖了部分資源，還在互相請求對方已經(jīng)上鎖的資源，都不釋放資源，就會造成死鎖

解決死鎖

• std::lock()函數(shù)模板

  • std::lock(mutex1,mutex2……); 一次鎖定多個互斥量（一般這種情況很少），用于處理多個互斥量。
  • 如果互斥量中一個沒鎖住，它就等著，等所有互斥量都鎖住，才能繼續(xù)執(zhí)行。如果有一個沒鎖住，就會
  • 已經(jīng)鎖住的釋放掉（要么互斥量都鎖住，要么都沒鎖住，防止死鎖）

• std::lock_guard的std::adopt_lock參數(shù)

  • std::lock_guardstd::mutex my_guard(my_mutex,std::adopt_lock);
  • 加入adopt_lock后，在調(diào)用lock_guard的構(gòu)造函數(shù)時，不再進行l(wèi)ock();
  • adopt_guard為結(jié)構(gòu)體對象，起一個標記作用，表示這個互斥量已經(jīng)lock()，不需要在lock()。

unique_lock（類模板） unique_lock取代lock_guard

unique_lock比lock_guard靈活很多（多出來很多用法），效率差一點。
 unique_lockmyUniLock(myMutex);

unique_lock的第二個參數(shù)

• std::adopt_lock：
  • 表示這個互斥量已經(jīng)被lock()，即不需要在構(gòu)造函數(shù)中l(wèi)ock這個互斥量了。
  • 前提：必須提前l(fā)ock
  • lock_guard中也可以用這個參數(shù)
• std::try_to_lock：
  • 嘗試用mutex的lock()去鎖定這個mutex，但如果沒有鎖定成功，會立即返回，不會阻塞在那里；
  • 使用try_to_lock的原因是防止其他的線程鎖定mutex太長時間，導致本線程一直阻塞在lock這個地方前提：不能提前l(fā)ock();
  • owns_lock()方法判斷是否拿到鎖，如拿到返回true
• std::defer_lock：
  • 如果沒有第二個參數(shù)就對mutex進行加鎖，加上defer_lock是始化了一個沒有加鎖的mutex
  • 不給它加鎖的目的是以后可以調(diào)用unique_lock的一些方法
  • 前提：不能提前l(fā)ock

unique_lock的成員函數(shù)（前三個與std::defer_lock聯(lián)合使用）

• lock()
  • 加鎖，不用自己調(diào)用unlock()
• unlock()
  • 因為一些非共享代碼要處理，可以暫時先unlock()，用其他線程把它們處理了，處理完后再lock()
• try_lock()
  • 如果拿不到鎖，返回false，否則返回true
• release()
  • 解除綁定

條件鎖 condition_variable

std::condition_variable實際上是一個類，是一個和條件相關(guān)的類，說白了就是等待一個條件達成。

列舉一些他的成員函數(shù)

wait()

線程等待，并且會放下鎖

wait(線程名，條件函數(shù)（可以省略默認true）)

調(diào)用該方法后會進入堵塞狀態(tài)，需要等待比額的線程調(diào)用notify_one（）或者notify_all（）來喚醒，喚醒后會嘗試繼續(xù)拿起釋放掉的鎖

notify_one()

喚醒一個執(zhí)行過wait還在等待的線程，無法指定喚醒哪一個，是隨機喚醒1個

notify_all()

喚醒所有執(zhí)行了wait還在等待的線程

future、saync

多線程如果函數(shù)有返回值，可以使用這兩個去接收返回值

std::future result1 = std::async(mythread);

執(zhí)行futrue的get方法，就可以獲得mythread的返回值，如果函數(shù)還沒有運行完，那么會進入堵塞，一直到有返回值再繼續(xù)

futrue的wait就是等待返回值，是一個堵塞的方法。

saync的參數(shù)

saync有兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是如何創(chuàng)建線程，第二個參數(shù)是線程函數(shù)名字

如果不指定，就是兩個隨機

std::launch::deferred

該參數(shù)線程不會直接創(chuàng)建線程，而且等待執(zhí)行。

當用戶調(diào)用get方法的時候，才會執(zhí)行線程。

注意：他不會創(chuàng)建線程，也是在主線程中執(zhí)行的方法

std::launch::async

該參數(shù)就是直接創(chuàng)建線程直接。是直接執(zhí)行的

std::packaged_task

類模板，它的模板參數(shù)是各種可調(diào)用對象，通過packaged_task把各種可調(diào)用對象包裝起來，方便將來作為線程入口函數(shù)來調(diào)用。

std::packaged_taskmypt(mythread);

std::thread t1(std::ref(mypt), 1);

并不會直接調(diào)用線程，還是需要使用thread去創(chuàng)建顯示，他的作用只是打包

可以通過 get_future(); 獲取返回值

std::promise類模板

我們能夠在某個線程中給它賦值，然后我們可以在其他線程中，把這個值取出來

std::promise myprom;
std::thread t1(mythread, std::ref(myprom), 180);
t1.join(); //在這里線程已經(jīng)執(zhí)行完了
std::future fu1 = myprom.get_future(); //promise和future綁定，用于獲取線程返回值

把他當成一個參數(shù)傳入，在線程中用setValue來改變他的值，在主線程獲取參數(shù)

std::async和std::thread()區(qū)別：

std::thread()如果系統(tǒng)資源緊張可能出現(xiàn)創(chuàng)建線程失敗的情況，如果創(chuàng)建線程失敗那么程序就可能崩潰，而且不容易拿到函數(shù)返回值（不是拿不到）
std::async()創(chuàng)建異步任務(wù)?？赡軇?chuàng)建線程也可能不創(chuàng)建線程，并且容易拿到線程入口函數(shù)的返回值；

由于系統(tǒng)資源限制：
①如果用std::thread創(chuàng)建的線程太多，則可能創(chuàng)建失敗，系統(tǒng)報告異常，崩潰。

②如果用std::async，一般就不會報異常，因為如果系統(tǒng)資源緊張，無法創(chuàng)建新線程的時候，async不加額外參數(shù)的調(diào)用方式就不會創(chuàng)建新線程。而是在后續(xù)調(diào)用get()請求結(jié)果時執(zhí)行在這個調(diào)用get()的線程上。

如果你強制async一定要創(chuàng)建新線程就要使用 std::launch::async 標記。承受的代價是，系統(tǒng)資源緊張時可能崩潰。

③根據(jù)經(jīng)驗，一個程序中線程數(shù)量 不宜超過100~200 。

std::atomic

原子類，執(zhí)行不會被中斷

只能使用++ – 或者+=類似的運算符才可以保證原子性

Windows臨界區(qū)

臨界區(qū)跟上鎖類似，有進入臨界區(qū)，離開臨界區(qū)，作用和和鎖是一樣的。

創(chuàng)建臨界區(qū)

CRITICAL_SECTION my_winsec;

初始化臨界區(qū)

InitializeCriticalSection(&my_winsec)

進入臨界區(qū)

EnterCriticalSection(&my_winsec);

是可以重復進入的，mutex是無法重復lock的

離開臨界區(qū)

LeaveCriticalSection(&my_winsec);

手寫自動自動離開的臨界區(qū)

class CWinLock {public:
    CWinLock(CRITICAL_SECTION *pCritmp)
    {my_winsec =pCritmp;
        EnterCriticalSection(my_winsec);
    }
    ~CWinLock()
    {LeaveCriticalSection(my_winsec)
    };
private:
    CRITICAL_SECTION *my_winsec;
};

遞歸鎖 獨占互斥量 std::recursive_mutex

std::mutex 獨占式互斥量

std::recursive_mutex：允許在同一個線程中同一個互斥量多次被 lock() ，（但是遞歸加鎖的次數(shù)是有限制的，太多可能會報異常），效率要比mutex低。

如果你真的用了 recursive_mutex 要考慮代碼是否有優(yōu)化空間，如果能調(diào)用一次 lock()就不要調(diào)用多次。

帶超時的互斥量 std::timed_mutex 和 std::recursive_timed_mutexstd::timed_mutex：是待超時的獨占互斥量

• try_lock_for()：

• 等待一段時間，如果拿到了鎖，或者超時了未拿到鎖，就繼續(xù)執(zhí)行（有選擇執(zhí)行）

• try_lock_until()：

  • 參數(shù)是一個未來的時間點，在這個未來的時間沒到的時間內(nèi)，如果拿到了鎖頭，流程就走下來，如果時間到了沒拿到鎖，流程也可以走下來。

  兩者的區(qū)別就是一個參數(shù)是時間段，一個參數(shù)是時間點

std::recursive_timed_mutex：是待超時的遞歸獨占互斥量自旋鎖

自旋鎖（spinlock）：是指當一個線程在獲取鎖的時候，如果鎖已經(jīng)被其它線程獲取，那么該線程將循環(huán)等待，然后不斷的判斷鎖是否能夠被成功獲取，直到獲取到鎖才會退出循環(huán)。

獲取鎖的線程一直處于活躍狀態(tài)，但是并沒有執(zhí)行任何有效的任務(wù)，使用這種鎖會造成busy-waiting。即不斷的消耗cpu

它是為實現(xiàn)保護共享資源而提出一種鎖機制。其實，自旋鎖與互斥鎖比較類似，它們都是為了解決對某項資源的互斥使用。無論是互斥鎖，還是自旋鎖，在任何時刻，最多只能有一個保持者，也就說，在任何時刻最多只能有一個執(zhí)行單元獲得鎖。但是兩者在調(diào)度機制上略有不同。對于互斥鎖，如果資源已經(jīng)被占用，資源申請者只能進入睡眠狀態(tài)。但是自旋鎖不會引起調(diào)用者睡眠，如果自旋鎖已經(jīng)被別的執(zhí)行單元保持，調(diào)用者就一直循環(huán)在那里看是否該自旋鎖的保持者已經(jīng)釋放了鎖，”自旋”一詞就是因此而得名。

class CAS
{private:
	std::atomicflag;
public:
	CAS():flag(false) {}
	~CAS() {}
	CAS(const CAS& s) = delete;
	CAS& operator=(const CAS&) = delete;
	void lock()
	{bool expect = false;
		while (!flag.compare_exchange_strong(expect, true))
		{	expect = false;
		}
	}
	void unlock()
	{flag.store(false);
	}
};

compare_exchange_strong

當前值與期望值(expect)相等時，修改當前值為設(shè)定值(desired,第二個參數(shù))，返回true
當前值與期望值(expect)不等時，將期望值(expect)修改為當前值，返回false

總結(jié)

自旋鎖：線程獲取鎖的時候，如果鎖被其他線程持有，則當前線程將循環(huán)等待，直到獲取到鎖。

自旋鎖等待期間，線程的狀態(tài)不會改變，線程一直是用戶態(tài)并且是活動的(active)。

自旋鎖如果持有鎖的時間太長，則會導致其它等待獲取鎖的線程耗盡CPU。

自旋鎖本身無法保證公平性，同時也無法保證可重入性。

基于自旋鎖，可以實現(xiàn)具備公平性和可重入性質(zhì)的鎖

讀寫鎖

相比互斥鎖，讀寫鎖允許更高的并行性，互斥量要么鎖住狀態(tài)要么不加鎖，而且一次只有一個線程可以加鎖。
讀寫鎖可以有三種狀態(tài)：

• 讀模式加鎖狀態(tài)；
• 寫模式加鎖狀態(tài)；
• 不加鎖狀態(tài)；

排他性鎖定 lock

鎖定互斥。若另一線程已鎖定互斥，則lock的調(diào)用線程將阻塞執(zhí)行，直至獲得鎖。
若已以任何模式（共享或排他性）占有 mutex 的線程調(diào)用 lock ，則行為未定義。也就是說，已經(jīng)獲得讀模式鎖或者寫模式鎖的線程再次調(diào)用lock的話，行為是未定義的。
注意：通常不直接使用std::shared_mutex::lock()，而是通過unique_lock或者lock_guard進行管理。

unlock

解鎖互斥。
互斥必須為當前執(zhí)行線程所鎖定，否則行為未定義。如果當前線程不擁有該互斥還去調(diào)用unlock，那么就不知道去unlock誰，行為是未定義的。
注意：通常不直接調(diào)用 unlock() 而是用 std::unique_lock 與 std::lock_guard 管理排他性鎖定。

共享鎖定 std::shared_mutex::lock_shared

相比mutex，shared_mutex還擁有l(wèi)ock_shared函數(shù)。
該函數(shù)獲得互斥的共享所有權(quán)。若另一線程以排他性所有權(quán)保有互斥，則lock_shared的調(diào)用者將阻塞執(zhí)行，直到能取得共享所有權(quán)。
若已以任何模式（排他性或共享）占有 mutex 的線程調(diào)用 lock_shared ，則行為未定義。即：當以讀模式或者寫模式擁有鎖的線程再次調(diào)用lock_shared時，行為是未定義的，可能產(chǎn)生死鎖。
若多于實現(xiàn)定義大數(shù)量的共享所有者已以共享模式鎖定互斥，則 lock_shared 阻塞執(zhí)行，直至共享所有者的數(shù)量減少。所有者的大數(shù)量保證至少為 10000。
注意：通常不直接調(diào)用 lock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享鎖定。
shared_lock與unique_lock的使用方法類似、

std::shared_mutex::unlock_shared

將互斥從調(diào)用方線程的共享所有權(quán)釋放。
當前執(zhí)行線程必須以共享模式鎖定互斥，否則行為未定義。
通常不直接調(diào)用 unlock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享鎖定。

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名稱欄目：C++多線程筆記-創(chuàng)新互聯(lián)
文章轉(zhuǎn)載：http://www.rwnh.cn/article22/cciecc.html

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