C++11 thread-白红宇

windows系统中，需要vs2012才支持。

1.线程的创建

C++11线程类std::thread，头文件include <thread>

首先，看一个最简单的例子：

[cpp]

void my_thread()

{

puts("hello, world");

}

int main(int argc, char *argv[])

{

std::thread t(my_thread);

t.join();

system("pause");

return 0;

}

实例化一个线程对象t，参数my_thread是一个函数，在线程创建完成后将被执行，

t.join()等待子线程my_thread执行完之后，主线程才可以继续执行下去，此时主线程会

释放掉执行完后的子线程资源。

当然，如果不想等待子线程，可以在主线程里面执行t.detach()将子线程从主线程里分离，

子线程执行完成后会自己释放掉资源。分离后的线程，主线程将对它没有控制权了。

相对于以前使用过的beginthread传多个参数需要传入struct地址，

boost::thread传参需要bind，std::thread传参真的非常方便，而且可读性也很好。

下面例子在实例化线程对象的时候，在线程函数my_thread后面紧接着传入两个参数。

[cpp]

#include <iostream>

#include <stdlib.h>

#include <thread>

#include <string>

void my_thread(int num, const std::string& str)

{

std::cout << "num:" << num << ",name:" << str << std::endl;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int num = 1234;

std::string str = "tujiaw";

std::thread t(my_thread, num, str);

t.detach();

system("pause");

return 0;

}

2.互斥量

多个线程同时访问共享资源的时候需要需要用到互斥量，当一个线程锁住了互斥量后，其他线程必须等待这个互斥量解锁后才能访问它。thread提供了四种不同的互斥量：

独占式互斥量non-recursive (std::mutex)

递归式互斥量recursive (std::recursive_mutex)

允许超时的独占式互斥量non-recursive that allows timeouts on the lock functions(std::timed_mutex)

允许超时的递归式互斥量recursive mutex that allows timeouts on the lock functions (std::recursive_timed_mutex)

独占式互斥量

独占式互斥量加解锁是成对的，同一个线程内独占式互斥量在没有解锁的情况下，再次对它进行加锁这是不对的，会得到一个未定义行为。

如果你想thread1输出10次10，thread2输出10次20，如果你想看到一个正确的显示效果，下面程序是做不到的，因为在thread1输出的时候，

thread2也会执行，输出的结果看起来有点乱（std::cout不是线程安全的），所以我们需要在它们访问共享资源的时候使用互斥量加锁。打开代码里面的三行注释就可以得到正确的结果了。在线程1中std::mutex使用成员函数lock加锁unlock解锁，看起来工作的很好，但这样是不安全的，你得始终记住lock之后一定要unlock，但是如果在它们中间出现了异常或者线程直接退出了unlock就没有执行，因为这个互斥量是独占式的，所以在thread1没有解锁之前，其他使用这个互斥量加锁的线程会一直处于等待状态得不到执行。lock_guard模板类使用RAII手法封装互斥量，在实例化对象的时候帮你加锁，并且能保证在离开作用域的时候自动解锁，所以你应该用lock_guard来帮你加解锁。

[cpp]

#include <iostream>

#include <stdlib.h>

#include <thread>

#include <string>

#include <mutex>

int g_num = 0;

std::mutex g_mutex;

void thread1()

{

//g_mutex.lock();

g_num = 10;

for (int i=0; i<10; i++){

std::cout << "thread1:" << g_num << std::endl;

}

//g_mutex.unlock();

}

void thread2()

{

//std::lock_guard<std::mutex> lg(g_mutex);

g_num = 20;

for (int i=0; i<10; i++){

std::cout << "thread2:" << g_num << std::endl;

}

}

int main(int argc, char *argv[])

{

std::thread t1(thread1);

std::thread t2(thread2);

t1.join();

t2.join();

system("pause");

return 0;

}

递归式互斥量

与独占式互斥量不同的是，同一个线程内在互斥量没有解锁的情况下可以再次进行加锁，不过他们的加解锁次数需要一致，递归式互斥量我们平时可能用得比较少些。

允许超时的互斥量

如果线程1对共享资源的访问时间比较长，这时线程2可能等不了那么久，所以设置一个超时时间，在超时时间内如果线程1中的互斥量还没有解锁，线程2就不等了，继续往下执行。

lock_guard只是提供了对互斥量最基本的加解锁封装，而unique_lock提供了多种构造方法，使用起来更加灵活，对于允许超时的互斥量需要使用unnique_lock来包装。

[cpp]

std::timed_mutex g_timed_mutex;

void thread1()

{

std::unique_lock<std::timed_mutex> tl(g_timed_mutex);

::Sleep(3000); // 睡眠3秒

puts("thread1");

}

void thread2()

{

std::unique_lock<std::timed_mutex> tl(g_timed_mutex, std::chrono::milliseconds(1000)); // 超时时间1秒

puts("thread2");

}

int main(int argc, char *argv[])

{

std::thread t1(thread1);

::Sleep(100); // 让线程1先启动

std::thread t2(thread2);

t1.join();

t2.join();

system("pause");

return 0;

}

注意死锁

有时，一个操作需要对一个以上的mutex加锁，这时请注意了，这样很可能造成死锁。

[cpp]

struct Widget

{

std::mutex mutex_;

std::string str_;

};

void foo(Widget& w1, Widget& w2)

{

std::unique_lock<std::mutex> t1(w1.mutex_);

std::unique_lock<std::mutex> t2(w2.mutex_);

// do something

}

Widget g_w1, g_w2;

当一个线程调用foo(g_w1, g_w2),另外一个线程调用foo(g_w2, g_w1)的时候，

线程1：线程2：

w1.mutex_.lock ...

... w2.mutex_.lock

... ...

w2.mutex_.lock等待 ...

w1.mutex_lock等待

可能的执行顺序：

线程1中的w1上锁；

线程2中的w2上锁；

线程1中的w2上锁，此时由于w2已经在线程2中上过锁了，所以必须等待；

线程2中的w1上锁，此时由于w1已经在线程1中上过锁了，所以必须等待；

这样两个线程都等不到对方释放锁，都处于等待状态造成了死锁。

thread提供了一个std::lock函数可以对多个互斥量同时加锁，每个线程里面的

w1和w2会同时上锁，他们之间就没有间隙了，如上将foo函数改为如下形式就可以了：

[cpp]

void foo(Widget& w1, Widget& w2)

{

std::unique_lock<std::mutex> t1(w1.mutex_, std::defer_lock);

std::unique_lock<std::mutex> t2(w2.mutex_, std::defer_lock);

std::lock(t1, t2);

// do something

}

在实例化的时候先不要加锁，等到两个对象都创建完成之后再一起加锁。

在初始化的时候保护数据

如果你的数据仅仅只在初始化的时候进行保护，使用一个互斥量是不行的，在初始化完成后会导致没必要的同步，11提供了一些方法来解决这个问题。

3.线程间同步，条件变量

如果我们在线程间共享数据，经常会存在一个线程等待另外一个线程的情况，它们之间存在先后关系。

这个与互斥量不同，互斥量是保证多个线程的时候当前只有一个线程访问加锁的代码块，它们之间是不存在先后关系的。

如下例子：线程1需要等到线程2将flag设置为非0才进行打印

[cpp]

#include <iostream>

#include <thread>

#include <mutex>

#include <condition_variable>

#include <functional>

class Foo

{

public:

Foo()

: flag_(0)

, thread1_(std::bind(&Foo::threadFunc1, this))

, thread2_(std::bind(&Foo::threadFunc2, this))

{

}

~Foo()

{

thread1_.join();

thread2_.join();

}

private:

void threadFunc1()

{

{

std::unique_lock<std::mutex> ul(mutex_);

while (0 == flag_) {

cond_.wait(ul);

}

std::cout << flag_ << std::endl;

}

}

void threadFunc2()

{

// 为了测试，等待3秒

std::this_thread::sleep_for((std::chrono::milliseconds(3000)));

std::unique_lock<std::mutex> ul(mutex_);

flag_ = 100;

cond_.notify_one();

}

int flag_;

std::mutex mutex_;

std::condition_variable cond_;

std::thread thread1_;

std::thread thread2_;

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

Foo f;

system("pause");

return 0;

}

从代码可以看出，虽然线程1明显比线程2快些（人为制造等待3秒），但是线程1还是会等待线程2将flag设置为非0后才进行打印的。

这里有几个地方需要注意：

1> Foo类成员变量定义的顺序，mutex和cond必须在thread的前面。

原因是：如果线程的定义在前面，线程初始化完成之后立马会执行线程函数，而线程函数里用到了mutex和cond，此时如果mutex和cond还没初始化完成，就会出现内存错误。

2>由于同时有两个线程需要操作flag变量，所以在读写的时候要加锁， std::unique_lock<std::mutex>会保证构造的时候加锁，离开作用域调用析构的时候解锁，所以不用担心加解锁不匹配。

3>threadFunc1中的while (0 == flag_)，必须这样写不能写成if (0 == flag_)，因为在多核CPU下会存在虚假唤醒（ spurious wakes）的情况。

4>cond_.wait(ul);条件变量在wait的时候会释放锁的，所以其他线程可以继续执行。

4.线程池

[cpp]

1. #include <iostream>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <functional>
4. #include <thread>
5. #include <string>
6. #include <mutex>
7. #include <condition_variable>
8. #include <vector>
9. #include <memory>
10. #include <assert.h>
11. #include <algorithm>
12. #include <queue>
13. #include <process.h>
14. #include <Windows.h>
16. class ThreadPool
17. {
18. public:
19. typedef std::function<void()> Task;
21. ThreadPool(int num)
22. : num_(num)
23. , maxQueueSize_(0)
24. , running_(false)
25. {
26. }
28. ~ThreadPool()
29. {
30. if (running_) {
31. stop();
32. }
33. }
35. ThreadPool(const ThreadPool&) = delete;
36. void operator=(const ThreadPool&) = delete;
38. void setMaxQueueSize(int maxSize)
39. {
40. maxQueueSize_ = maxSize;
41. }
43. void start()
44. {
45. assert(threads_.empty());
46. running_ = true;
47. threads_.reserve(num_);
48. for (int i = 0; i<num_; i++) {
49. threads_.push_back(std::thread(std::bind(&ThreadPool::threadFunc, this)));
50. }
51. }
53. void stop()
54. {
55. {
56. std::unique_lock<std::mutex> ul(mutex_);
57. running_ = false;
58. notEmpty_.notify_all();
59. }
61. for (auto &iter : threads_) {
62. iter.join();
63. }
64. }
66. void run(const Task &t)
67. {
68. if (threads_.empty()) {
69. t();
70. }
71. else {
72. std::unique_lock<std::mutex> ul(mutex_);
73. while (isFull()) {
74. notFull_.wait(ul);
75. }
76. assert(!isFull());
77. queue_.push_back(t);
78. notEmpty_.notify_one();
79. }
80. }
82. private:
83. bool isFull() const
84. {
85. return maxQueueSize_ > 0 && queue_.size() >= maxQueueSize_;
86. }
88. void threadFunc()
89. {
90. printf("create id:%d\n", ::GetCurrentThreadId());
91. while (running_) {
92. Task task(take());
93. if (task) {
94. task();
95. }
96. }
97. printf("thread id:%d\n", ::GetCurrentThreadId());
98. }
100. Task take()
101. {
102. std::unique_lock<std::mutex> ul(mutex_);
103. while (queue_.empty() && running_) {
104. notEmpty_.wait(ul);
105. }
106. Task task;
107. if (!queue_.empty()) {
108. task = queue_.front();
109. queue_.pop_front();
110. if (maxQueueSize_ > 0) {
111. notFull_.notify_one();
112. }
113. }
114. return task;
115. }
117. private:
118. int num_;
119. std::mutex mutex_;
120. std::condition_variable notEmpty_;
121. std::condition_variable notFull_;
122. std::vector<std::thread> threads_;
123. std::deque<Task> queue_;
124. size_t maxQueueSize_;
125. bool running_;
126. };
128. void fun()
129. {
130. printf("[id:%d] hello, world!\n", ::GetCurrentThreadId());
131. }
133. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
134. {
135. {
136. printf("main thread id:%d\n", ::GetCurrentThreadId());
137. ThreadPool pool(3);
138. pool.setMaxQueueSize(100);
139. pool.start();
140. //std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(3000));
142. for (int i = 0; i < 1000; i++) {
143. pool.run(fun);
144. }
145. std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(3000));
146. }
148. system("pause");
149. return 0;
150. }