C++ 多线程

与 C++11 多线程相关的头文件

C++11 新标准中引入了四个头文件来支持多线程编程，他们分别是<atomic> ,<thread>,<mutex>,<condition_variable>和<future>。

• <atomic>：该头文主要声明了两个类, std::atomic 和 std::atomic_flag，另外还声明了一套 C 风格的原子类型和与 C 兼容的原子操作的函数。
• <thread>：该头文件主要声明了 std::thread 类，另外 std::this_thread 命名空间也在该头文件中。
• <mutex>：该头文件主要声明了与互斥量(mutex)相关的类，包括 std::mutex 系列类，std::lock_guard, std::unique_lock, 以及其他的类型和函数。
• <condition_variable>：该头文件主要声明了与条件变量相关的类，包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any。
• <future>：该头文件主要声明了 std::promise, std::package_task 两个 Provider 类，以及 std::future 和 std::shared_future 两个 Future 类，另外还有一些与之相关的类型和函数，std::async() 函数就声明在此头文件中。

C++11中引入了一个用于多线程操作的thread类，简单多线程示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>

using namespace std;

void thread01()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
        Sleep(100);
    }
}
void thread02()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
}

int main()
{
    thread task01(thread01);
    thread task02(thread02);
    task01.join();
    task02.join();

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Main thread is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
    system("pause");
}

输出：

两个子线程并行执行，join函数会阻塞主流程，所以子线程都执行完成之后才继续执行主线程。可以使用detach将子线程从主流程中分离，独立运行，不会阻塞主线程：

 

#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>

using namespace std;

void thread01()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
        Sleep(100);
    }
}
void thread02()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
}

int main()
{
    thread task01(thread01);
    thread task02(thread02);
    task01.detach();
    task02.detach();

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Main thread is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
    system("pause");
}

 

输出：

使用detach的主线程和两个子线程并行执行。

带参子线程

在绑定的时候也可以同时给带参数的线程传入参数：

 

#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>

using namespace std;

//定义带参数子线程
void thread01(int num)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
        Sleep(100);
    }
}
void thread02(int num)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
}

int main()
{
    thread task01(thread01, 5);  //带参数子线程
    thread task02(thread02, 5);
    task01.detach();
    task02.detach();

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << "Main thread is working ！" << endl;
        Sleep(200);
    }
    system("pause");
}

输出跟上例输出一样：

多线程数据竞争

多个线程同时对同一变量进行操作的时候，如果不对变量做一些保护处理，有可能导致处理结果异常：

 

#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>

using namespace std;

int totalNum = 100;

void thread01()
{
    while (totalNum > 0)
    {
        cout << totalNum << endl;
        totalNum--;
        Sleep(100);
    }
}
void thread02()
{
    while (totalNum > 0)
    {
        cout << totalNum << endl;
        totalNum--;
        Sleep(100);
    }
}

int main()
{
    thread task01(thread01);
    thread task02(thread02);
    task01.detach();
    task02.detach();
    system("pause");
}

输出结果（部分）：

有两个问题，一是有很多变量被重复输出了，而有的变量没有被输出；二是正常情况下每个线程输出的数据后应该紧跟一个换行符，但这里大部分却是另一个线程的输出。

这是由于第一个线程对变量操作的过程中，第二个线程也对同一个变量进行各操作，导致第一个线程处理完后的输出有可能是线程二操作的结果。针对这种数据竞争的情况，可以使用线程互斥对象mutex保持数据同步。

mutex类的使用需要包含头文件mutex：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>
#include <mutex>

using namespace std;

mutex mu;  //线程互斥对象

int totalNum = 100;

void thread01()
{
    while (totalNum > 0)
    {
        mu.lock(); //同步数据锁
        cout << totalNum << endl;
        totalNum--;
        Sleep(100);
        mu.unlock();  //解除锁定
    }
}
void thread02()
{
    while (totalNum > 0)
    {
        mu.lock();
        cout << totalNum << endl;
        totalNum--;
        Sleep(100);
        mu.unlock();
    }
}

int main()
{
    thread task01(thread01);
    thread task02(thread02);
    task01.detach();
    task02.detach();
    system("pause");
}

多线程中加入mutex互斥对象之后输出正常：