[转] c++11并发之std::thread

[转自 https://blog.csdn.net/liuker888/article/details/46848905#]

知识链接：

C++11 并发之std::mutex

C++11 并发之std::atomic

 

本文概要：

1、成员类型和成员函数。

 

2、std::thread 构造函数。

3、异步。

4、多线程传递参数。

5、join、detach。

6、获取CPU核心个数。

7、CPP原子变量与线程安全。

8、lambda与多线程。

9、时间等待相关问题。

10、线程功能拓展。

11、多线程可变参数。

12、线程交换。

13、线程移动。

 

std::thread 在 #include<thread> 头文件中声明，因此使用 std::thread 时需要包含 #include<thread> 头文件。

 

1、成员类型和成员函数。

成员类型：

id

Thread id (public member type )                                       id

native_handle_type

Native handle type (public member type )

成员函数：

(constructor)

Construct thread (public member function )        构造函数

(destructor)

Thread destructor (public member function )      析构函数

operator=

Move-assign thread (public member function )  赋值重载

get_id

Get thread id (public member function )                获取线程id

joinable

Check if joinable (public member function )          判断线程是否可以加入等待

join

Join thread (public member function )                    加入等待

detach

Detach thread (public member function )              分离线程

swap

Swap threads (public member function )               线程交换

native_handle

Get native handle (public member function )       获取线程句柄

hardware_concurrency [static]

Detect hardware concurrency (public static member function )   检测硬件并发特性

Non-member overloads：

swap (thread)

Swap threads (function )

 

2、std::thread 构造函数。

如下表：

default (1)

thread() noexcept;

initialization(2)

template <class Fn, class... Args>   explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args);

copy [deleted] (3)

thread (const thread&) = delete;

move [4]

hread (thread&& x) noexcept;

(1).默认构造函数，创建一个空的 thread 执行对象。

(2).初始化构造函数，创建一个 thread 对象，该 thread 对象可被 joinable，新产生的线程会调用 fn 函数，该函数的参数由 args 给出。

(3).拷贝构造函数（被禁用），意味着 thread 不可被拷贝构造。

(4).move 构造函数，move 构造函数，调用成功之后 x 不代表任何 thread 执行对象。

注意：可被 joinable 的 thread 对象必须在他们销毁之前被主线程 join 或者将其设置为 detached。

 

std::thread 各种构造函数例子如下：

 

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<chrono>
using namespace std;
void fun1(int n)  //初始化构造函数
{
    cout << "Thread " << n << " executing
";
    n += 10;
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));
}

void fun2(int & n) //拷贝构造函数
{
    cout << "Thread " << n << " executing
";
    n += 20;
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));
}

int main()
{
    int n = 0;
    thread t1;               //t1不是一个thread
    thread t2(fun1, n + 1);  //按照值传递
    t2.join();
    cout << "n=" << n << '
';
    n = 10;
    thread t3(fun2, ref(n)); //引用
    thread t4(move(t3));     //t4执行t3，t3不是thread
    t4.join();
    cout << "n=" << n << '
';
    return 0;
}

运行结果:
Thread 1 executing
n=0
Thread 10 executing
n=30</span>

3、异步。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
void show()
{
    cout << "hello cplusplus!" << endl;
}
int main()
{
    //栈上
    thread t1(show);   //根据函数初始化执行
    thread t2(show);
    thread t3(show);
    //线程数组
    thread th[3]{thread(show), thread(show), thread(show)}; 
    //堆上
    thread *pt1(new thread(show));
    thread *pt2(new thread(show));
    thread *pt3(new thread(show));
    //线程指针数组
    thread *pth(new thread[3]{thread(show), thread(show), thread(show)});
    return 0;
}</span>

4、多线程传递参数。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
void show(const char *str, const int id)
{
    cout << "线程 " << id + 1 << " ：" << str << endl;
}
int main()
{
    thread t1(show, "hello cplusplus!", 0);
    thread t2(show, "你好，C++！", 1);
    thread t3(show, "hello!", 2);
    return 0;
}
运行结果：
线程 1线程 2 ：你好，C++！线程 3 ：hello!
：hello cplusplus!</span>

发现，线程 t1、t2、t3 都执行成功！

 

5、join、detach。

join例子如下：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<array>
using namespace std;
void show()
{
    cout << "hello cplusplus!" << endl;
}
int main()
{
    array<thread, 3>  threads = { thread(show), thread(show), thread(show) };
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        cout << threads[i].joinable() << endl;//判断线程是否可以join
        threads[i].join();//主线程等待当前线程执行完成再退出
    }
    return 0;
}
运行结果:
hello cplusplus!
hello cplusplus!
1
hello cplusplus!
1
1</span>

总结：

join 是让当前主线程等待所有的子线程执行完，才能退出。

detach例子如下：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
void show()
{
    cout << "hello cplusplus!" << endl;
}
int main()
{
    thread th(show);
    //th.join(); 
    th.detach();//脱离主线程的绑定，主线程挂了，子线程不报错，子线程执行完自动退出。
    //detach以后，子线程会成为孤儿线程，线程之间将无法通信。
    cout << th.joinable() << endl;
    return 0;
}
运行结果:
hello cplusplus!
0</span>

结论：

线程 detach 脱离主线程的绑定，主线程挂了，子线程不报错，子线程执行完自动退出。

线程 detach以后，子线程会成为孤儿线程，线程之间将无法通信。

 

6、获取CPU核心个数。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
int main()
{
    auto n = thread::hardware_concurrency();//获取cpu核心个数
    cout << n << endl;
    return 0;
}
运行结果:
8</span>

结论：

通过  thread::hardware_concurrency() 获取 CPU 核心的个数。

 

7、CPP原子变量与线程安全。

问题例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
const int N = 100000000;
int num = 0;
void run()
{
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        num++;
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t1(run);
    thread t2(run);
    t1.join();
    t2.join();
    clock_t end = clock();
    cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
    return 0;
}
运行结果:
num=143653419,用时 730 ms</span>

从上述代码执行的结果，发现结果并不是我们预计的200000000，这是由于线程之间发生冲突，从而导致结果不正确。

为了解决此问题，有以下方法：

（1）互斥量。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
using namespace std;
const int N = 100000000;
int num(0);
mutex m;
void run()
{
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        m.lock();
        num++;
        m.unlock();
    }
}

int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t1(run);
    thread t2(run);
    t1.join();
    t2.join();
    clock_t end = clock();
    cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
    return 0;
}
运行结果：
num=200000000,用时 128323 ms</span>

不难发现，通过互斥量后运算结果正确，但是计算速度很慢，原因主要是互斥量加解锁需要时间。

互斥量详细内容 请参考C++11 并发之std::mutex。

（2）原子变量。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<atomic>
using namespace std;
const int N = 100000000;
atomic_int num{ 0 };//不会发生线程冲突，线程安全

void run()
{
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        num++;
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t1(run);
    thread t2(run);
    t1.join();
    t2.join();
    clock_t end = clock();
    cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
    return 0;
}

运行结果:
num=200000000,用时 29732 ms</span>

不难发现，通过原子变量后运算结果正确，计算速度一般。

原子变量详细内容 请参考C++11 并发之std::atomic。

（3）加入 join 。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
const int N = 100000000;
int num = 0;

void run()
{
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        num++;
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t1(run);
    t1.join();
    thread t2(run);
    t2.join();
    clock_t end = clock();
    cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
    return 0;
}
运行结果：
num=200000000,用时 626 ms</span>

不难发现，通过原子变量后运算结果正确，计算速度也很理想。

 

8、lambda与多线程。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
int main()
{
    auto fun = [](const char *str) {cout << str << endl; };
    thread t1(fun, "hello world!");
    thread t2(fun, "hello beijing!");
    return 0;
}
运行结果：
hello world!
hello beijing!</span>

9、时间等待相关问题。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<chrono>
using namespace std;
int main()
{
    thread th1([]()
    {
        //让线程等待3秒
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
        //让cpu执行其他空闲的线程
        this_thread::yield();
        //线程id
        cout << this_thread::get_id() << endl;
    });
    return 0;
}</span>

10、线程功能拓展。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
class MyThread :public thread   //继承thread
{
public:
    //子类MyThread()继承thread()的构造函数
    MyThread() : thread()
    {

    }
    //MyThread()初始化构造函数
    template<typename T, typename...Args>
    MyThread(T&&func, Args&&...args) : thread(forward<T>(func), forward<Args>(args)...)
    {
    }
    void showcmd(const char *str)  //运行system
    {
        system(str);
    }
};
int main()
{
    MyThread th1([]()
    {
        cout << "hello" << endl;
    });
    th1.showcmd("calc"); //运行calc
    //lambda
    MyThread th2([](const char * str)
    {
        cout << "hello" << str << endl;
    }, " this is MyThread");
    th2.showcmd("notepad");//运行notepad
    return 0;
}
运行结果:
hello
//运行calc
hello this is MyThread
//运行notepad</span>

11、多线程可变参数。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
#include<cstdarg>
using namespace std;
int show(const char *fun, ...)
{
    va_list ap;//指针
    va_start(ap, fun);//开始
    vprintf(fun, ap);//调用
    va_end(ap);
        return 0;
}
int main()
{
    thread t1(show, "%s    %d    %c    %f", "hello world!", 100, 'A', 3.14159);
    return 0;
}
运行结果：
hello world!    100    A    3.14159</span>

12、线程交换。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
int main()
{
    thread t1([]()
    {
        cout << "thread1" << endl;
    });
    thread t2([]()
    {
        cout << "thread2" << endl;
    });
    cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
    cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
    cout << "swap after:" << endl;
    swap(t1, t2);//线程交换
    cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
    cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
    return 0;
}
运行结果:
thread1
thread2
thread1' id is 4836
thread2' id is 4724
swap after:
thread1' id is 4724
thread2' id is 4836</span>

两个线程通过 swap 进行交换。

 

13、线程移动。

例如：

<span style="font-size:12px;">#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
int main()
{
    thread t1([]()
    {
        cout << "thread1" << endl;
    });
    cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
    thread t2 = move(t1);;
    cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
    return 0;
}
运行结果:
thread
thread1' id is 5620
thread2' id is 5620</span>