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[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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<chrono>
 4 using namespace std;
 5 void fun1(int n)  //初始化构造函数
 6 {
 7     cout << "Thread " << n << " executing
";
 8     n += 10;
 9     this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));
10 }
11 
12 void fun2(int & n) //拷贝构造函数
13 {
14     cout << "Thread " << n << " executing
";
15     n += 20;
16     this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));
17 }
18 
19 int main()
20 {
21     int n = 0;
22     thread t1;               //t1不是一个thread
23     thread t2(fun1, n + 1);  //按照值传递
24     t2.join();
25     cout << "n=" << n << '
';
26     n = 10;
27     thread t3(fun2, ref(n)); //引用
28     thread t4(move(t3));     //t4执行t3，t3不是thread
29     t4.join();
30     cout << "n=" << n << '
';
31     return 0;
32 }
33 
34 运行结果:
35 Thread 1 executing
36 n=0
37 Thread 10 executing
38 n=30</span>

3、异步。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 void show()
 5 {
 6     cout << "hello cplusplus!" << endl;
 7 }
 8 int main()
 9 {
10     //栈上
11     thread t1(show);   //根据函数初始化执行
12     thread t2(show);
13     thread t3(show);
14     //线程数组
15     thread th[3]{thread(show), thread(show), thread(show)}; 
16     //堆上
17     thread *pt1(new thread(show));
18     thread *pt2(new thread(show));
19     thread *pt3(new thread(show));
20     //线程指针数组
21     thread *pth(new thread[3]{thread(show), thread(show), thread(show)});
22     return 0;
23 }</span>

4、多线程传递参数。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 void show(const char *str, const int id)
 5 {
 6     cout << "线程 " << id + 1 << " ：" << str << endl;
 7 }
 8 int main()
 9 {
10     thread t1(show, "hello cplusplus!", 0);
11     thread t2(show, "你好，C++！", 1);
12     thread t3(show, "hello!", 2);
13     return 0;
14 }
15 运行结果：
16 线程 1线程 2 ：你好，C++！线程 3 ：hello!
17 ：hello cplusplus!</span>

发现，线程 t1、t2、t3 都执行成功！

5、join、detach。

join例子如下：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<array>
 4 using namespace std;
 5 void show()
 6 {
 7     cout << "hello cplusplus!" << endl;
 8 }
 9 int main()
10 {
11     array<thread, 3>  threads = { thread(show), thread(show), thread(show) };
12     for (int i = 0; i < 3; i++)
13     {
14         cout << threads[i].joinable() << endl;//判断线程是否可以join
15         threads[i].join();//主线程等待当前线程执行完成再退出
16     }
17     return 0;
18 }
19 运行结果:
20 hello cplusplus!
21 hello cplusplus!
22 1
23 hello cplusplus!
24 1
25 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 void show()
 5 {
 6     cout << "hello cplusplus!" << endl;
 7 }
 8 int main()
 9 {
10     thread th(show);
11     //th.join(); 
12     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。
13     //detach以后，子线程会成为孤儿线程，线程之间将无法通信。
14     cout << th.joinable() << endl;
15     return 0;
16 }
17 运行结果:
18 hello cplusplus!
19 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 int main()
 5 {
 6     auto n = thread::hardware_concurrency();//获取cpu核心个数
 7     cout << n << endl;
 8     return 0;
 9 }
10 运行结果:
11 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 const int N = 100000000;
 5 int num = 0;
 6 void run()
 7 {
 8     for (int i = 0; i < N; i++)
 9     {
10         num++;
11     }
12 }
13 int main()
14 {
15     clock_t start = clock();
16     thread t1(run);
17     thread t2(run);
18     t1.join();
19     t2.join();
20     clock_t end = clock();
21     cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
22     return 0;
23 }
24 运行结果:
25 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<mutex>
 4 using namespace std;
 5 const int N = 100000000;
 6 int num(0);
 7 mutex m;
 8 void run()
 9 {
10     for (int i = 0; i < N; i++)
11     {
12         m.lock();
13         num++;
14         m.unlock();
15     }
16 }
17 
18 int main()
19 {
20     clock_t start = clock();
21     thread t1(run);
22     thread t2(run);
23     t1.join();
24     t2.join();
25     clock_t end = clock();
26     cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
27     return 0;
28 }
29 运行结果：
30 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<atomic>
 4 using namespace std;
 5 const int N = 100000000;
 6 atomic_int num{ 0 };//不会发生线程冲突，线程安全
 7 
 8 void run()
 9 {
10     for (int i = 0; i < N; i++)
11     {
12         num++;
13     }
14 }
15 int main()
16 {
17     clock_t start = clock();
18     thread t1(run);
19     thread t2(run);
20     t1.join();
21     t2.join();
22     clock_t end = clock();
23     cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
24     return 0;
25 }
26 
27 运行结果:
28 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 const int N = 100000000;
 5 int num = 0;
 6 
 7 void run()
 8 {
 9     for (int i = 0; i < N; i++)
10     {
11         num++;
12     }
13 }
14 int main()
15 {
16     clock_t start = clock();
17     thread t1(run);
18     t1.join();
19     thread t2(run);
20     t2.join();
21     clock_t end = clock();
22     cout << "num=" << num << ",用时 " << end - start << " ms" << endl;
23     return 0;
24 }
25 运行结果：
26 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：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 int main()
 5 {
 6     auto fun = [](const char *str) {cout << str << endl; };
 7     thread t1(fun, "hello world!");
 8     thread t2(fun, "hello beijing!");
 9     return 0;
10 }
11 运行结果：
12 hello world!
13 hello beijing!</span>

9、时间等待相关问题。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<chrono>
 4 using namespace std;
 5 int main()
 6 {
 7     thread th1([]()
 8     {
 9         //让线程等待3秒
10         this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
11         //让cpu执行其他空闲的线程
12         this_thread::yield();
13         //线程id
14         cout << this_thread::get_id() << endl;
15     });
16     return 0;
17 }</span>

10、线程功能拓展。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 class MyThread :public thread   //继承thread
 5 {
 6 public:
 7     //子类MyThread()继承thread()的构造函数
 8     MyThread() : thread()
 9     {
10 
11     }
12     //MyThread()初始化构造函数
13     template<typename T, typename...Args>
14     MyThread(T&&func, Args&&...args) : thread(forward<T>(func), forward<Args>(args)...)
15     {
16     }
17     void showcmd(const char *str)  //运行system
18     {
19         system(str);
20     }
21 };
22 int main()
23 {
24     MyThread th1([]()
25     {
26         cout << "hello" << endl;
27     });
28     th1.showcmd("calc"); //运行calc
29     //lambda
30     MyThread th2([](const char * str)
31     {
32         cout << "hello" << str << endl;
33     }, " this is MyThread");
34     th2.showcmd("notepad");//运行notepad
35     return 0;
36 }
37 运行结果:
38 hello
39 //运行calc
40 hello this is MyThread
41 //运行notepad</span>

11、多线程可变参数。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 #include<cstdarg>
 4 using namespace std;
 5 int show(const char *fun, ...)
 6 {
 7     va_list ap;//指针
 8     va_start(ap, fun);//开始
 9     vprintf(fun, ap);//调用
10     va_end(ap);
11         return 0;
12 }
13 int main()
14 {
15     thread t1(show, "%s    %d    %c    %f", "hello world!", 100, 'A', 3.14159);
16     return 0;
17 }
18 运行结果：
19 hello world!    100    A    3.14159</span>

12、线程交换。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 int main()
 5 {
 6     thread t1([]()
 7     {
 8         cout << "thread1" << endl;
 9     });
10     thread t2([]()
11     {
12         cout << "thread2" << endl;
13     });
14     cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
15     cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
16     cout << "swap after:" << endl;
17     swap(t1, t2);//线程交换
18     cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
19     cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
20     return 0;
21 }
22 运行结果:
23 thread1
24 thread2
25 thread1' id is 4836
26 thread2' id is 4724
27 swap after:
28 thread1' id is 4724
29 thread2' id is 4836</span>

两个线程通过 swap 进行交换。

13、线程移动。

例如：

 1 <span style="font-size:12px;">#include<iostream>
 2 #include<thread>
 3 using namespace std;
 4 int main()
 5 {
 6     thread t1([]()
 7     {
 8         cout << "thread1" << endl;
 9     });
10     cout << "thread1' id is " << t1.get_id() << endl;
11     thread t2 = move(t1);;
12     cout << "thread2' id is " << t2.get_id() << endl;
13     return 0;
14 }
15 运行结果:
16 thread
17 thread1' id is 5620
18 thread2' id is 5620</span>

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