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[导读]近期看到有读者在公众号留言问有没有C多线程的学习方法,我这里特意总结了下,希望能对大家有所帮助。目录什么是多线程?为什么使用多线程?如何创建线程?joinable()?多线程参数传递方式锁原子变量条件变量async多线程周边关于多线程的一些建议什么是多线程?不介绍,基础知识,直接...

近期看到有读者在公众号留言问有没有C 多线程的学习方法,我这里特意总结了下,希望能对大家有所帮助。



目录

  • 什么是多线程?

  • 为什么使用多线程?

  • 如何创建线程?

  • joinable()?

  • 多线程参数传递方式

  • 原子变量

  • 条件变量

  • async

  • 多线程周边

  • 关于多线程的一些建议



什么是多线程?

不介绍,基础知识,直接看维基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/多线程

为什么要用多线程?

不介绍,基础知识,和上面在一个链接。



C 多线程知识点


如何创建线程?

多线程有多种创建方式:pthread、std::thread、std::jthread。


这里我推荐学习C 11引入的std::thread,它较pthread更方便,且在C 中更加常用。


至于std::jthread,不用管,学完std::thread后自然就能学会std::jthread。


关于C 11的多线程具体介绍可以看c 11新特性之线程相关所有知识点


使用std::thread创建线程很简单,直接利用它的构造函数即可:

void func() { xxxx;}
int main() { std::thread t(func); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}注意上面代码,我使用了一个joinable()和join(),为什么要这么做?


因为如果不这么调用,在thread生命周期结束时,程序会crash。原因直接看thread的析构函数:

~thread(){ if (joinable()) std::terminate();}

join()和detach()?

上面介绍了不调用join,程序会crash,其实也可以调用detach来避免程序crash,那它俩有什么区别?


join()表示阻塞等待子线程执行结束,子线程结束后才会继续往下执行。


detach()表示与当前对象分离,子线程无论做啥,无论是否执行结束都与我无关,爱咋咋地,最终靠操作系统回收相关资源。


joinable()是什么?

上面代码中出现了joinable(),可以简单理解为如果没有调用join()或者detach(),joinable()就返回true。如果调用了其中一个,joinable()就返回false。它主要就是为了搭配join()和detach()使用。


参数传递问题

多线程其实就是开启一个线程,运行某一个函数,上面的示例是运行的无参函数,那如何运行有参函数?怎么将参数传递进去?其实有好几种方法传递参数,我更倾向于使用的是lambda表达式,将有参函数 参数封装成无参函数,然后多线程调用。


示例代码:

#include #include
void func(int a, int b) { std::cout << "a b = " << a b << std::endl; }
int main() { auto lambda = []() { func(1, 2); }; std::thread t(lambda); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}

关于lambda表达式我之前写过文章介绍,可以看这里:


搞定c 11新特性std::function和lambda表达式

编译器如何实现lambda表达式?


成员函数问题

很多人可能还有疑问,如果多线程运行类对象的成员函数,这里可以使用和上面相同的方法,lambda表达式:

#include #include #include
struct A { void Print() { std::cout << "A\n"; }};
int main() { std::shared_ptr a = std::make_shared(); auto func = [a]() { a->Print(); }; std::thread t(func); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}


小知识点


创建thread对象的常见方法有下面这两种:


std::thread a(func);
std::thread *a = new thread(func);delete a;

有人在技术交流群里问过这两种方式的区别,相信仔细阅读过上面内容的你应该知道答案!

给个小提示:两者对象一个在堆上,一个在栈上,生命周期不同,即thread的析构函数调用时机不同,然后可以再结合上面介绍的~thread()的实现,思考一下。

为什么需要锁?

因为多线程读写数据可能存在线程安全问题,为了保证线程安全,其中一种方式就是使用锁。

关于线程安全问题,随便去个网站,比如维基百科、百度百科等,都能找到。

https://zh.wikipedia.org/wiki/线程安全


mutex有四种:

  • std::mutex:独占的互斥量,不能递归使用,不带超时功能

  • std::recursive_mutex:递归互斥量,可重入,不带超时功能

  • std::timed_mutex:带超时的互斥量,不能递归

  • std::recursive_timed_mutex:带超时的互斥量,可以递归使用


加解锁方式有三种:

  • std::lock_guard:可以RAII方式加锁

  • std::unique_lock:比lock_guard多了个手动加解锁的功能

  • std::scoped_lock:防止多个锁顺序问题导致的死锁问题而出世的一把锁


示例代码:

std::mutex mutex; void func() { std::lock_guard lock(mutex); xxxxxxx}

原子操作

上面介绍过使用锁可以解决线程安全问题,其实简单的变量,比如整型变量等,可以使用原子操作,C 11的原子操作都在中。


示例代码:

std::atomic<int> count;
int get() { count.load();}
void set(int c) { count.store(c);}

上面这两个函数可以在多线程中任意调用,不会出现线程安全问题。


条件变量

条件变量是一种同步机制,可以阻塞一个线程或多个线程,直到其他线程对这些线程通知才会解除阻塞。这种通知和阻塞就需要用到条件变量。


示例代码:

class CountDownLatch { public: explicit CountDownLatch(uint32_t count) : count_(count);
void CountDown() { std::unique_lock lock(mutex_); --count_; if (count_ == 0) { cv_.notify_all(); } }
void Await(uint32_t time_ms = 0) { std::unique_lock lock(mutex_); while (count_ > 0) { if (time_ms > 0) { cv_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(time_ms)); } else { cv_.wait(lock); } } }
uint32_t GetCount() const { std::unique_lock lock(mutex_); return count_; }
private: std::condition_variable cv_; mutable std::mutex mutex_; uint32_t count_ = 0;};

有关条件变量其实有两个坑需要注意,移步这里:使用条件变量的坑你知道吗


基于任务的并发

这块个人认为只需要了解async即可,通过async既可以达到并发的目的,也可以拿到并发执行后的结果。


示例代码:

#include #include #include #include
using namespace std;
int func(int in) { return in 1; }
int main() { auto res = std::async(func, 5); cout << res.get() << endl; // 阻塞直到函数返回 return 0;}

具体可以看:c 11新特性之线程相关所有知识点


也可以看我利用此种方式写的线程池:C 11线程池


其他


如何使线程休眠?


可以利用std::this_thread和chrono,它俩搭配使得线程休眠很方便,而且休眠时间也很清晰。可不像C语言的sleep,我每次使用C语言的sleep时都会特意去搜索一下,单位究竟是秒还是毫秒。

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

线程个数问题


很多人都会纠结线程池开多少个线程效率最高的问题,假设CPU个数为N,有的资料会介绍N个线程效率最高,有的资料会介绍2N个线程效率最高。在中通过以下函数可以获取CPU的个数:

static unsigned hardware_concurrency() noexcept;

至于需要开多少个线程,个人认为需要根据个性化需求实际测试,你测出来多少个线程性能最高,就开多少个线程。


死锁

死锁的定义可直接维基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/死锁

至于如何解决死锁,可以看:多线程中如何使用gdb精确定位死锁问题


我关于多线程还有一些建议,推荐大家看这个:


最后,在我学习多线程的过程中,发现了一篇介绍C 11多线程非常详细的博客,也推荐大家看看。


博客链接:https://www.cnblogs.com/haippy/p/3284540.html





手撸一个对象池


这里收集了100多篇C 原创文章(入门进阶必备)


if-else和switch-case哪个效率更高?看这四张图。


从未见过把内存玩的如此明白的文章(推荐大家都来看看)


写出高效代码的12条建议


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