C++多线程编程详解 C++多线程编程详解

C++多线程

1.1 概念

2. 常用API

1.thread
2.互斥锁mutex
3. 挂起和唤醒

3. 应用场景

3.1 call_once执行一次的函数
3.2 condition_variable条件锁
3.3 future获取线程的计算结果
3.4 promise主线程如何将数据发送数据到其他线程
3.5 future.share()多线程之间共享状态
3.6 线程packaged_task
3.7 时间约束

4. Windows多线程

4.1 Windows创建线程
4.2 Windows互斥锁
4.3 Windows挂起和唤醒线程

总结

C++多线程 1. 概念
1.1 概念

进程：一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。
线程：进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。
并发：并发指的是两个或多个独立的活动在同一时段内发生。并发在生活中随处可见：比如在跑步的时候同时听音乐，在看电脑显示器的同时敲击键盘等。同一时间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，强调同一时刻点同时发生。

2. 常用API ? 头文件#include

1.thread

API	描述	注意
thread.join()	加入线程(会阻塞主线程，模拟同步操作)
thread.detach()	加入线程(不会阻塞主线程，模拟异步操作)
thread.joinable()	是否可加入线程，返回bool
thread.get_id()	获取线程的ID
thread.hardware_concurrency()	获取硬件并发的数量
thread.swap()	交换线程
thread.native_handle()	获取原生handle，为windows多线程中CreateThread的返回值，使用这个handle从而可以实现线程的挂起唤醒

测试代码：

void threadFunc01() { cout << "thread join1" << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); }void threadFunc02() { cout << "thread join2" << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); }void test01() { // 创建线程 std::thread thread1(threadFunc01); std::thread thread2(threadFunc02); //thread.join(); //join 会阻塞主线程同步操作 //thread.detach(); //detach 不会阻塞主线程异步操作 bool bJoinAble = thread1.joinable(); thread::id threadId = thread1.get_id(); //hardware_concurrency 硬件并发的数量 int threadNum = thread1.hardware_concurrency(); cout << "hardware_concurrency:" << threadNum << endl; //应用线程的预分配。 for (int i = 0; i < thread1.hardware_concurrency(); i++) {std::thread threadRef(threadFunc01); threadRef.detach(); } thread1.swap(thread2); thread1.join(); }

向线程里传递参数的方法：

// 向线程里传递参数的方法#includevoid threadFunc03(int num, const string& str) { cout << "num = " << num << " str = " << str << endl; }struct FObject { void Run(const string& str) {cout << str << endl; }}; void test02() {// 通过函数绑定 thread newThread1(threadFunc03, 10, "Unreal"); newThread1.detach(); // 通过lambda绑定 int a = 50; thread newThread2([&](int num,const string& str) {cout << "a = " << a << " num = " << num << " str = " << str << endl; }, 1, "Unreal"); newThread2.detach(); // 绑定对象 FObject objectRef; thread newThread3(&FObject::Run, objectRef, "Unreal"); newThread3.detach(); }

2.互斥锁mutex
? 头文件#include

API	描述	注意
mutex.lock()	上锁
mutex.unlock()	解锁
mutex.try_lock()	判断可不可以加锁,返回bool	可以用该方法建立非阻塞模式

测试代码：

#includemutex lockRef; void threadFunc04(int num,const string& str) { // 进入该线程锁住该线程，其他线程想要进入该线程需要排队 lockRef.lock(); cout << "thread join4" << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); // 解锁 lockRef.unlock(); }void test03() { std::thread thread1(threadFunc04, 10, "Unreal"); std::thread thread2(threadFunc04, 5, "Unity"); std::thread thread3(threadFunc04, 20, "Cocos"); thread1.detach(); thread2.detach(); thread3.detach(); }

使用类加锁的方式：

#includemutex lockRef; struct FEvent { FEvent() {m.lock(); } ~FEvent() {m.unlock(); } static mutex m; }; mutex FEvent::m; #define LOCK_SCOPE FEvent Eventvoid threadFunc04(int num,const string& str) { LOCK_SCOPE; //加上锁,并且过了这个作用域自动解锁(析构) cout << "thread join4" << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); }void test03() { std::thread thread1(threadFunc04, 10, "Unreal"); std::thread thread2(threadFunc04, 5, "Unity"); std::thread thread3(threadFunc04, 20, "Cocos"); thread1.detach(); thread2.detach(); thread3.detach(); }

try_lock()

void threadFunc04(int num,const string& str) { bool bLock = FEvent::m.try_lock(); if (bLock) {LOCK_SCOPE; //加上锁,并且过了这个作用域自动解锁(析构)cout << "thread join4" << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); }}

? 使用try_lock()可以进行判断能不能上锁，不能上锁的话，就不用执行上锁后的代码，防止其他线程阻塞在该线程。
lock_guard
? lock_guard是一种锁类，作用和我们上面自定义的锁类FEvent相同，创建的时候锁住目标线程，释放的时候解锁。

// 声明方式lock_guardref;

源码：

template class lock_guard { // class with destructor that unlocks a mutexpublic:using mutex_type = _Mutex; explicit lock_guard(_Mutex& _Mtx) : _MyMutex(_Mtx) { // construct and lock_MyMutex.lock(); }lock_guard(_Mutex& _Mtx, adopt_lock_t) : _MyMutex(_Mtx) { // construct but don't lock}~lock_guard() noexcept {_MyMutex.unlock(); }lock_guard(const lock_guard&) = delete; lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete; private:_Mutex& _MyMutex; };

unique_lock
? 作用和lock_guard相同，唯一的不同之处，lock_guard开放的API只有析构函数，而unique_lock开放的API非常多，即自由度比lock_guard高，可以定义锁的行为。

void test05() { // defer_lock 关键字为延迟锁，即创建该对象时不会锁住该线程，什么时候锁需要自定义 std::unique_locklockRef2(FEvent::m,defer_lock); std::unique_locklockRef2(FEvent::m,chrono::seconds(2)); //锁两秒 //....执行 lockRef2.lock(); lockRef2.unlock(); bool bLock1 = lockRef2.try_lock(); //尝试上锁 lockRef2.try_lock_for(chrono::seconds(2)); //锁2smutex *lockRef3 = lockRef2.release(); //释放锁，同时会返回被释放的这个锁的指针对象bool bLock2 = lockRef2.owns_lock(); //当前是否被锁住 }

应用：

void test05() { //std::lock_guardlockRef1(FEvent::m); // defer_lock 关键字为延迟锁 std::unique_locklockRef2(FEvent::m,defer_lock); lockRef2.lock(); lockRef2.mutex(); bool bLock = lockRef2.owns_lock(); std::unique_locklockRef3; lockRef2.swap(lockRef3); std::unique_locklockRef4 = move(lockRef3); lockRef4.unlock(); }

3. 挂起和唤醒
? 头文件#include

API	描述	注意
SuspendThread(thread.native_hadle())	挂起线程
ResumeThread(thread.native_hadle())	唤醒线程
Sleep()	睡眠

测试代码：

#includevoid threadFunc05() { while (true) {Sleep(10); cout << "threadFunc05" << endl; }}void test04() { thread thread1(threadFunc05); // 挂起线程 SuspendThread(thread1.native_handle()); Sleep(2); // 唤醒线程 ResumeThread(thread1.native_handle()); }

如何高效将主线程资源进行转移：

void threadFunc06(const char* str) { cout << str << endl; }void test04() { // 如何高效转移线程资源 // 使用std::move thread thread2(threadFunc06, move("Unreal")); // 使用move避免了拷贝 thread thread3 = move(thread2); thread3.detach(); }

3. 应用场景
3.1 call_once执行一次的函数
? 通过使用该函数，用来防止多线程的多次触发。

once_flag tag; void callonceTest() { call_once(tag, [&]() {cout << "Do once" << endl; }); }void test06() { for (int i = 0; i < 10; i++) {thread thread1(callonceTest); thread1.detach(); }}

3.2 condition_variable条件锁
? 使用需要包含头文件#include
可以使用条件锁来达到同步的作用，即当满足一定的条件后才解锁某个线程。

#includecondition_variable condition_lock; mutex mutexLock; void conditionFuncTest() { unique_locklock(mutexLock); condition_lock.wait(lock); //锁住该线程 cout << "Run" << endl; }void test12() { std::thread threadRef(conditionFuncTest); threadRef.detach(); Sleep(3000); //3s后再激活 condition_lock.notify_one(); }

3.3 future获取线程的计算结果
? 通过使用future可以得到"未来"线程被调用的时候计算得返回值，使用时需要包含头文件#include。
声明方式:

// async为创建该线程的方式为异步 funName 函数名 args为传入的函数参数std::futurenewFuture = std::async(launch::async, funName,args...);

应用：

#include string getString(int num) { return "Unreal"; }void test08() { std::futurenewFuture = std::async(launch::async, getString, 10); //std::futurenewFuture = std::async(launch::deferred, getString, 10); // 睡一秒再执行 Sleep(1000); string str = newFuture.get(); //get只能调用一次调第二次会崩溃 // 防止崩溃的写法 if (newFuture.valid()) {string str = newFuture.get(); }}

3.4 promise主线程如何将数据发送数据到其他线程
? 通过使用promise(承诺)来进行进程之间的交互，常配合std::future使用。其作用是在一个线程t1中保存一个类型typename T的值，可供相绑定的std::future对象在另一线程t2中获取。
? 测试代码：

// promisestring promiseTest(future& future) { cout << future.get() << endl; return "Unreal"; }void test09() { promise promiseRef; futurefuture1 = promiseRef.get_future(); futurefuture2 = std::async(launch::async, promiseTest, std::ref(future1)); //future 不支持值拷贝需要传递引用 promiseRef.set_value("Unreal is the best game engine in the world"); }

? 但这里也有一个问题需要思考，如果需要发送数据到多个线程，是不是需要一个个的创建上面的代码呢。这里就引出了多线程之间共享状态这个解决方法。

3.5 future.share()多线程之间共享状态
? 通过future.share()我们可以很方便的使多个线程之间共享状态。
现在来看看没有使用该函数的话我们要共享状态的话需要这么写:

string promiseTest(future& future) { cout << future.get() << endl; return "Unreal"; }void test09() { promise promiseRef; futurefuture1 = promiseRef.get_future(); futurefuture2 = promiseRef.get_future(); futurefuture3 = promiseRef.get_future(); futurefuture4 = std::async(launch::async, promiseTest, std::ref(future1)); //future 不支持值拷贝需要传递引用 futurefuture5 = std::async(launch::async, promiseTest, std::ref(future2)); //future 不支持值拷贝需要传递引用 futurefuture6 = std::async(launch::async, promiseTest, std::ref(future3)); //future 不支持值拷贝需要传递引用 promiseRef.set_value("Unreal is the best game engine in the world"); }

使用了future.share()函数后:

string promiseTest02(shared_future future) { cout << future.get() << endl; return "Unreal"; }void test09() { promise promiseRef; futurefuture1 = promiseRef.get_future(); // shared_future shared_future sharedFutrue1 = future1.share(); futurefuture2 = std::async(launch::async, promiseTest02, sharedFutrue1); //shared_future 可以用拷贝传递 futurefuture3 = std::async(launch::async, promiseTest02, sharedFutrue1); futurefuture4 = std::async(launch::async, promiseTest02, sharedFutrue1); promiseRef.set_value("Unreal is the best game engine in the world"); }

3.6 线程packaged_task
? packaged_task和promise非常相似，packaged_task是对promise>中T= std::function这一可调对象(如函数、lambda表达式等)进行了包装，简化了使用方法。并将这一可调对象的返回结果传递给关联的future对象。
绑定Lambda

void test10() { //绑定lambda packaged_task task1([](int a,int b) ->int{return a + b; }); task1(1, 4); this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1)); if (task1.valid()) {auto f1 = task1.get_future(); cout << f1.get() << endl; }}

绑定普通函数

int packagedTest(int a,int b) { return a + b; }void test10() { //绑定函数 packaged_tasktask2(packagedTest); task2(10, 5); this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1)); if (task2.valid()) {auto f2 = task2.get_future(); cout << f2.get() << endl; }}

使用std::bind进行函数绑定

int packagedTest(int a,int b) { return a + b; }void test10() { // bind packaged_tasktask3(std::bind(packagedTest,1,2)); task3(10, 5); //因为bind使用了占位符所以这里传入的10 5失效了 this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1)); if (task3.valid()) {auto f3 = task3.get_future(); cout << f3.get() << endl; //1+2 }}

3.7 时间约束

void test11() { //休眠2s this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); // 休眠现在的时间加上2s chrono::steady_clock::time_point timePos = chrono::steady_clock::now() + chrono::seconds(2); this_thread::sleep_until(timePos); }

4. Windows多线程 ? 使用WindowsAPI进行多线程的编写，需要包含头文件

#include

4.1 Windows创建线程
? 使用CreateThread()创建线程

DWORD WINAPI funcThread(LPVOID lpPram) {// DWORD 类型为unsigned long// LPVOID 类型为voidcout << "Unreal!" << endl; Sleep(1000); return 0l; }void windowsThreadTest01() { HANDLE handleRef = CreateThread(nullptr,0, funcThread,nullptr,0,nullptr); Sleep(2000); CloseHandle(handleRef); //使用之后需要关闭handle}

? 其中传入的参数为：

/*WINBASEAPI_Ret_maybenull_HANDLEWINAPICreateThread(_In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,和线程安全有关一般为null_In_ SIZE_T dwStackSize,线程栈的大小_In_ LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,被线程执行的回调函数_In_opt_ __drv_aliasesMem LPVOID lpParameter,传入线程的参数_In_ DWORD dwCreationFlags,创建线程的标志参数0 代表立即启动该线程_Out_opt_ LPDWORD lpThreadId传出的线程ID); */

4.2 Windows互斥锁

// windows互斥锁HANDLE hMutex = nullptr; DWORD WINAPI funcThread02(LPVOID lpParam) {cout << "Unreal" << endl; WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); Sleep(5000); ReleaseMutex(hMutex); return 0l; }void windowsThreadTest02() {hMutex = CreateMutex(nullptr, false, L"Mutex"); HANDLE handleRef1 = CreateThread(nullptr, 0, funcThread02, nullptr, 0, nullptr); HANDLE handleRef2 = CreateThread(nullptr, 0, funcThread02, nullptr, 0, nullptr); CloseHandle(handleRef1); CloseHandle(handleRef2); }

传入的参数为：

/*WINBASEAPI_Ret_maybenull_HANDLEWINAPICreateMutexW(_In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,和线程安全有关一般为null_In_ BOOL bInitialOwner,有没有该锁的控制权_In_opt_ LPCWSTR lpName锁名字); */

4.3 Windows挂起和唤醒线程
? 通过使用SuspendThread(HandleRef)和ResumeThread(HandleRef)来挂起和唤醒线程

// windows 挂起唤醒DWORD WINAPI funcThread03(LPVOID lpParam) {while (true) {Sleep(500); cout << "IsRunning" << endl; }return 0l; }void windowsThreadTest03() {HANDLE hRef = https://www.it610.com/article/CreateThread(nullptr, 0, funcThread03, nullptr, 0, nullptr); SuspendThread(hRef); Sleep(2000); ResumeThread(hRef); CloseHandle(hRef); }

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