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Boost Thread学习笔记
thread自然是boost::thread库的主 角，但thread类的实现总体上是比较简单的，前面已经说过，thread只是一个跨平台的线程封装库，其中按照所使用的编译选项的不同，分别决定使用 Windows线程API还是pthread，或者Macintosh Carbon平台的thread实现。以下只讨论Windows，即使用
BOOST_HAS_WINTHREADS的情况。
thread类提供了两种构造函数：
thread::thread()
thread::thread(const function0<void>& threadfunc)
第 一种构造函数用于调用GetCurrentThread构造一个当前线程的thread对象，第二种则通过传入一个函数或者一个functor来创建一个 新的线程。第二种情况下，thread类在其构造函数中间接调用CreateThread来创建线程，并将线程句柄保存到成员变量m_thread中，并 执行传入的函数，或执行functor的operator ()方法来启动工作线程。
我们可以用以下三种方式启动一个新线程：
1、传递一个工作函数来构造一个工作线程
2、传递一个functor对象来构造一个工作线程
3、无需将类设计成一个functor，借助bind来构造functor对象以创建工作线程
其中bind是一个函数模板，它可以根据后面的实例化参数构造出一个functor来，上面的boost::bind(&count::do_count, &c1, 10)其实等价于返回了一个functor：
struct countFunctor
{
int operator() ()
{
(&c1)->do_count(10); // just a hint, not actual code
}
};
因此，以后就跟2中是一样的了。
thread类提供了两种构造函数：
thread::thread()
thread::thread(const function0<void>& threadfunc)
第 一种构造函数用于调用GetCurrentThread构造一个当前线程的thread对象，第二种则通过传入一个函数或者一个functor来创建一个 新的线程。第二种情况下，thread类在其构造函数中间接调用CreateThread来创建线程，并将线程句柄保存到成员变量m_thread中，并 执行传入的函数，或执行functor的operator ()方法来启动工作线程。
我们可以用以下三种方式启动一个新线程：
1、传递一个工作函数来构造一个工作线程
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 void count() // worker function
8 {
9 for (int i = 0; i < 10; ++i)
10 {
11 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
12 std::cout << i << std::endl;
13 }
14 }
15
16 int main(int argc, char* argv[])
17 {
18 boost::thread thrd1(&count);
19 boost::thread thrd2(&count);
20 thrd1.join();
21 thrd2.join();
22
23 return 0;
24 }
25
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 void count() // worker function
8 {
9 for (int i = 0; i < 10; ++i)
10 {
11 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
12 std::cout << i << std::endl;
13 }
14 }
15
16 int main(int argc, char* argv[])
17 {
18 boost::thread thrd1(&count);
19 boost::thread thrd2(&count);
20 thrd1.join();
21 thrd2.join();
22
23 return 0;
24 }
25
2、传递一个functor对象来构造一个工作线程
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 struct count
8 {
9 count(int id) : id(id) { }
10
11 void operator()()
12 {
13 for (int i = 0; i < 10; ++i)
14 {
15 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex); // lock io, will be explained soon.
16 std::cout << id << ": " << i << std::endl;
17 }
18 }
19
20 int id;
21 };
22
23 int main(int argc, char* argv[])
24 {
25 boost::thread thrd1(count(1));
26 boost::thread thrd2(count(2));
27 thrd1.join();
28 thrd2.join();
29 return 0;
30 }
31
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 struct count
8 {
9 count(int id) : id(id) { }
10
11 void operator()()
12 {
13 for (int i = 0; i < 10; ++i)
14 {
15 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex); // lock io, will be explained soon.
16 std::cout << id << ": " << i << std::endl;
17 }
18 }
19
20 int id;
21 };
22
23 int main(int argc, char* argv[])
24 {
25 boost::thread thrd1(count(1));
26 boost::thread thrd2(count(2));
27 thrd1.join();
28 thrd2.join();
29 return 0;
30 }
31
3、无需将类设计成一个functor，借助bind来构造functor对象以创建工作线程
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/bind.hpp>
4 #include <iostream>
5
6 boost::mutex io_mutex;
7
8 struct count
9 {
10 static int num;
11 int id;
12
13 count() : id(num++) {}
14
15 int do_count(int n)
16 {
17 for (int i = 0; i < n; ++i)
18 {
19 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
20 std::cout << id << ": " << i << std::endl;
21 }
22 return id;
23 }
24 };
25
26 int count::num = 1;
27
28 int main(int argc, char* argv[])
29 {
30 count c1;
31 boost::thread thrd1(boost::bind(&count::do_count, &c1, 10));
32 thrd1.join();
33 return 0;
34 }
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/bind.hpp>
4 #include <iostream>
5
6 boost::mutex io_mutex;
7
8 struct count
9 {
10 static int num;
11 int id;
12
13 count() : id(num++) {}
14
15 int do_count(int n)
16 {
17 for (int i = 0; i < n; ++i)
18 {
19 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
20 std::cout << id << ": " << i << std::endl;
21 }
22 return id;
23 }
24 };
25
26 int count::num = 1;
27
28 int main(int argc, char* argv[])
29 {
30 count c1;
31 boost::thread thrd1(boost::bind(&count::do_count, &c1, 10));
32 thrd1.join();
33 return 0;
34 }
其中bind是一个函数模板，它可以根据后面的实例化参数构造出一个functor来，上面的boost::bind(&count::do_count, &c1, 10)其实等价于返回了一个functor：
struct countFunctor
{
int operator() ()
{
(&c1)->do_count(10); // just a hint, not actual code
}
};
因此，以后就跟2中是一样的了。
Boost Thread学习笔记二
除了thread，boost::thread另一个重要组成部分是mutex，以及工作在mutex上的boost::mutex::scoped_lock、condition和barrier，这些都是为实现线程同步提供的。
mutex
boost提供的mutex有6种：
boost::mutex
boost::try_mutex
boost::timed_mutex
boost::recursive_mutex
boost::recursive_try_mutex
boost::recursive_timed_mutex
下面仅对boost::mutex进行分析。
mutex类是一个CriticalSection（临界区）封装类，它在构造函数中新建一个临界区并InitializeCriticalSection，然后用一个成员变量
void* m_mutex;
来保存该临界区结构。
除 此之外，mutex还提供了do_lock、do_unlock等方法，这些方法分别调用EnterCriticalSection、 LeaveCriticalSection来修改成员变量m_mutex（CRITICAL_SECTION结构指针）的状态，但这些方法都是private的，以防止我们直接对mutex进行锁操作，所有的锁操作都必须通过mutex的友元类detail::thread::lock_ops<mutex>来完成，比较有意思的是，lock_ops的所有方法：lock、unlock、trylock等都是static的，如lock_ops<Mutex>::lock的实现：
1、boost::thread的设计者不希望被我们直接操作mutex，改变其状态，所以mutex的所有方法都是private的（除了构造函数，析构函数）。
2、虽然我们可以通过lock_ops来修改mutex的状态，如：
scoped_lock
上面说过，不应该直接用lock_ops来操作mutex对象，那么，应该用什么呢？答案就是scoped_lock。与存在多种mutex一样，存在多种与mutex对应的scoped_lock：
scoped_lock
scoped_try_lock
scoped_timed_lock
这里我们只讨论scoped_lock。
scoped_lock是定义在namespace boost::detail::thread下的，为了方便我们使用（也为了方便设计者），mutex使用了下面的typedef：
typedef detail::thread::scoped_lock<mutex> scoped_lock;
这样我们就可以通过：
boost::mutex::scoped_lock
来使用scoped_lock类模板了。
由于scoped_lock的作用仅在于对mutex加锁/解锁（即使mutex EnterCriticalSection/LeaveCriticalSection），因此，它的接口也很简单，除了构造函数外，仅有lock/unlock/locked（判断是否已加锁），及类型转换操作符void*，一般我们不需要显式调用这些方法，因为scoped_lock的构造函数是这样定义的：
注：m_mutex是一个mutex的引用。
因此，当我们不指定initially_locked参数构造一个scoped_lock对象 时，scoped_lock会自动对所绑定的mutex加锁，而析构函数会检查是否加锁，若已加锁，则解锁；当然，有些情况下，我们可能不需要构造时自动 加锁，这样就需要自己调用lock方法。后面的condition、barrier也会调用scoped_lock的lock、unlock方法来实现部 分方法。
正因为scoped_lock具有可在构造时加锁，析构时解锁的特性，我们经常会使用局部变量来实现对mutex的独占访问。
在每次输出信息时，为了防止整个输出过程被其它线程打乱，通过对io_mutex加锁（进入临界区），从而保证了输出的正确性。
在使用 scoped_lock时，我们有时候需要使用全局锁（定义一个全局mutex，当需要独占访问全局资源时，以该全局mutex为参数构造一个 scoped_lock对象即可。全局mutex可以是全局变量，也可以是类的静态方法等），有时候则需要使用对象锁（将mutex定义成类的成员变 量），应该根据需要进行合理选择。
Java的synchronized可用于对方法加锁，对代码段加锁，对对象加锁，对类加锁（仍然是对象级 的），这几种加锁方式都可以通过上面讲的对象锁来模拟；相反，在Java中实现全局锁好像有点麻烦，必须将请求封装到类中，以转换成上面的四种 synchronized形式之一。
condition
condition的接口如下：
其中wait用于等待某个condition的发生，而timed_wait则提供具有超时的wait功能，notify_one用于唤醒一个等待该condition发生的线程，notify_all则用于唤醒所有等待该condition发生的线程。
由于condition的语义相对较为复杂，它的实现也是整个boost::thread库中最复杂的（对Windows版本而言，对支持pthread的版本而言，由于pthread已经提供了pthread_cond_t，使得condition实现起来也十分简单），下面对wait和notify_one进行简要分析。
condition内部包含了一个condition_impl对象，由该对象执行来处理实际的wait、notify_one...等操作。
mutex
boost提供的mutex有6种：
boost::mutex
boost::try_mutex
boost::timed_mutex
boost::recursive_mutex
boost::recursive_try_mutex
boost::recursive_timed_mutex
下面仅对boost::mutex进行分析。
mutex类是一个CriticalSection（临界区）封装类，它在构造函数中新建一个临界区并InitializeCriticalSection，然后用一个成员变量
void* m_mutex;
来保存该临界区结构。
除 此之外，mutex还提供了do_lock、do_unlock等方法，这些方法分别调用EnterCriticalSection、 LeaveCriticalSection来修改成员变量m_mutex（CRITICAL_SECTION结构指针）的状态，但这些方法都是private的，以防止我们直接对mutex进行锁操作，所有的锁操作都必须通过mutex的友元类detail::thread::lock_ops<mutex>来完成，比较有意思的是，lock_ops的所有方法：lock、unlock、trylock等都是static的，如lock_ops<Mutex>::lock的实现：
1 template <typename Mutex>
2 class lock_ops : private noncopyable
3 {
4
5 public:
6 static void lock(Mutex& m)
7 {
8 m.do_lock();
9 }
10
11 }
boost::thread的设计者为什么会这么设计呢？我想大概是：2 class lock_ops : private noncopyable
3 {
4
5 public:
6 static void lock(Mutex& m)
7 {
8 m.do_lock();
9 }
10
11 }
1、boost::thread的设计者不希望被我们直接操作mutex，改变其状态，所以mutex的所有方法都是private的（除了构造函数，析构函数）。
2、虽然我们可以通过lock_ops来修改mutex的状态，如：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/detail/lock.hpp>
4
5 int main()
6 {
7 boost::mutex mt;
8 //mt.do_lock(); // Error! Can not access private member!
9
10 boost::detail::thread::lock_ops<boost::mutex>::lock(mt);
11
12 return 0;
13 }
但是，这是不推荐的，因为mutex、scoped_lock、condition、barrier是一套完整的类系，它们是相互协同工作的，像上面这么操作没有办法与后面的几个类协同工作。2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/detail/lock.hpp>
4
5 int main()
6 {
7 boost::mutex mt;
8 //mt.do_lock(); // Error! Can not access private member!
9
10 boost::detail::thread::lock_ops<boost::mutex>::lock(mt);
11
12 return 0;
13 }
scoped_lock
上面说过，不应该直接用lock_ops来操作mutex对象，那么，应该用什么呢？答案就是scoped_lock。与存在多种mutex一样，存在多种与mutex对应的scoped_lock：
scoped_lock
scoped_try_lock
scoped_timed_lock
这里我们只讨论scoped_lock。
scoped_lock是定义在namespace boost::detail::thread下的，为了方便我们使用（也为了方便设计者），mutex使用了下面的typedef：
typedef detail::thread::scoped_lock<mutex> scoped_lock;
这样我们就可以通过：
boost::mutex::scoped_lock
来使用scoped_lock类模板了。
由于scoped_lock的作用仅在于对mutex加锁/解锁（即使mutex EnterCriticalSection/LeaveCriticalSection），因此，它的接口也很简单，除了构造函数外，仅有lock/unlock/locked（判断是否已加锁），及类型转换操作符void*，一般我们不需要显式调用这些方法，因为scoped_lock的构造函数是这样定义的：
1 explicit scoped_lock(Mutex& mx, bool initially_locked=true)
2 : m_mutex(mx), m_locked(false)
3 {
4 if (initially_locked) lock();
5 }
2 : m_mutex(mx), m_locked(false)
3 {
4 if (initially_locked) lock();
5 }
注：m_mutex是一个mutex的引用。
因此，当我们不指定initially_locked参数构造一个scoped_lock对象 时，scoped_lock会自动对所绑定的mutex加锁，而析构函数会检查是否加锁，若已加锁，则解锁；当然，有些情况下，我们可能不需要构造时自动 加锁，这样就需要自己调用lock方法。后面的condition、barrier也会调用scoped_lock的lock、unlock方法来实现部 分方法。
正因为scoped_lock具有可在构造时加锁，析构时解锁的特性，我们经常会使用局部变量来实现对mutex的独占访问。
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 void count() // worker function
8 {
9 for (int i = 0; i < 10; ++i)
10 {
11 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
12 std::cout << i << std::endl;
13 }
14 }
15
16 int main(int argc, char* argv[])
17 {
18 boost::thread thrd1(&count);
19 boost::thread thrd2(&count);
20 thrd1.join();
21 thrd2.join();
22
23 return 0;
24 }
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 boost::mutex io_mutex;
6
7 void count() // worker function
8 {
9 for (int i = 0; i < 10; ++i)
10 {
11 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
12 std::cout << i << std::endl;
13 }
14 }
15
16 int main(int argc, char* argv[])
17 {
18 boost::thread thrd1(&count);
19 boost::thread thrd2(&count);
20 thrd1.join();
21 thrd2.join();
22
23 return 0;
24 }
在每次输出信息时，为了防止整个输出过程被其它线程打乱，通过对io_mutex加锁（进入临界区），从而保证了输出的正确性。
在使用 scoped_lock时，我们有时候需要使用全局锁（定义一个全局mutex，当需要独占访问全局资源时，以该全局mutex为参数构造一个 scoped_lock对象即可。全局mutex可以是全局变量，也可以是类的静态方法等），有时候则需要使用对象锁（将mutex定义成类的成员变 量），应该根据需要进行合理选择。
Java的synchronized可用于对方法加锁，对代码段加锁，对对象加锁，对类加锁（仍然是对象级 的），这几种加锁方式都可以通过上面讲的对象锁来模拟；相反，在Java中实现全局锁好像有点麻烦，必须将请求封装到类中，以转换成上面的四种 synchronized形式之一。
condition
condition的接口如下：
1 class condition : private boost::noncopyable // Exposition only
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 condition();
6 ~condition();
7
8 // notification
9 void notify_one();
10 void notify_all();
11
12 // waiting
13 template<typename ScopedLock> void wait(ScopedLock&);
14 template<typename ScopedLock, typename Pred> void wait(ScopedLock&, Pred);
15 template<typename ScopedLock>
16 bool timed_wait(ScopedLock&, const boost::xtime&);
17 template<typename ScopedLock, typename Pred>
18 bool timed_wait(ScopedLock&, Pred);
19 };
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 condition();
6 ~condition();
7
8 // notification
9 void notify_one();
10 void notify_all();
11
12 // waiting
13 template<typename ScopedLock> void wait(ScopedLock&);
14 template<typename ScopedLock, typename Pred> void wait(ScopedLock&, Pred);
15 template<typename ScopedLock>
16 bool timed_wait(ScopedLock&, const boost::xtime&);
17 template<typename ScopedLock, typename Pred>
18 bool timed_wait(ScopedLock&, Pred);
19 };
其中wait用于等待某个condition的发生，而timed_wait则提供具有超时的wait功能，notify_one用于唤醒一个等待该condition发生的线程，notify_all则用于唤醒所有等待该condition发生的线程。
由于condition的语义相对较为复杂，它的实现也是整个boost::thread库中最复杂的（对Windows版本而言，对支持pthread的版本而言，由于pthread已经提供了pthread_cond_t，使得condition实现起来也十分简单），下面对wait和notify_one进行简要分析。
condition内部包含了一个condition_impl对象，由该对象执行来处理实际的wait、notify_one...等操作。
Boost Thread学习笔记三
下面先对condition_impl进行简要分析。
condition_impl在其构造函数中会创建两个Semaphore（信号量）：m_gate、m_queue，及一个Mutex（互斥体，跟boost::mutex类似，但boost::mutex是基于CriticalSection<临界区>的）：m_mutex，其中：
m_queue
相当于当前所有等待线程的等待队列，构造函数中调用CreateSemaphore来创建Semaphore时，lMaximumCount参数被指定为(std::numeric_limits<long>::max)()，即便如此，condition的实现者为了防止出现大量等待线程的情况（以至于超过了long的最大值），在线程因执行condition::wait进入等待状态时会先：
WaitForSingleObject(reinterpret_cast<HANDLE>(m_queue), INFINITE);
以等待被唤醒，但很难想象什么样的应用需要处理这么多线程。
m_mutex
用于内部同步的控制。
但对于m_gate我很奇怪，我仔细研究了一下condition_imp的实现，还是不明白作者引入m_gate这个变量的用意何在，既然已经有了用于同步控制的m_mutex，再引入一个m_gate实在让我有点不解。
以下是condition::wait调用的do_wait方法简化后的代码：
虽然condition的内部实现比较复杂，但使用起来还是比较方便的。下面是一个使用condition的多Producer-多Consumer同步的例子：
condition_impl在其构造函数中会创建两个Semaphore（信号量）：m_gate、m_queue，及一个Mutex（互斥体，跟boost::mutex类似，但boost::mutex是基于CriticalSection<临界区>的）：m_mutex，其中：
m_queue
相当于当前所有等待线程的等待队列，构造函数中调用CreateSemaphore来创建Semaphore时，lMaximumCount参数被指定为(std::numeric_limits<long>::max)()，即便如此，condition的实现者为了防止出现大量等待线程的情况（以至于超过了long的最大值），在线程因执行condition::wait进入等待状态时会先：
WaitForSingleObject(reinterpret_cast<HANDLE>(m_queue), INFINITE);
以等待被唤醒，但很难想象什么样的应用需要处理这么多线程。
m_mutex
用于内部同步的控制。
但对于m_gate我很奇怪，我仔细研究了一下condition_imp的实现，还是不明白作者引入m_gate这个变量的用意何在，既然已经有了用于同步控制的m_mutex，再引入一个m_gate实在让我有点不解。
以下是condition::wait调用的do_wait方法简化后的代码：
1 template <typename M>
2 void do_wait(M& mutex)
3 {
4 m_impl.enter_wait();
5 lock_ops::unlock(mutex, state); //对传入的scoped_lock对象解锁，以便别的线程可以对其进行加锁，并执行某些处理，否则，本线程等待的condition永远不会发生（因为没有线程可以获得访问资源的权利以使condition发生）
6 m_impl.do_wait(); //执行等待操作，等待其它线程执行notify_one或notify_all操作以获得
7 lock_ops::lock(mutex, state); //重新对scoped_lock对象加锁，获得独占访问资源的权利
8 }
condition::timed_wait的实现方法与此类似，而notify_one、notify_all仅将调用请求转发给m_impl，就不多讲了。2 void do_wait(M& mutex)
3 {
4 m_impl.enter_wait();
5 lock_ops::unlock(mutex, state); //对传入的scoped_lock对象解锁，以便别的线程可以对其进行加锁，并执行某些处理，否则，本线程等待的condition永远不会发生（因为没有线程可以获得访问资源的权利以使condition发生）
6 m_impl.do_wait(); //执行等待操作，等待其它线程执行notify_one或notify_all操作以获得
7 lock_ops::lock(mutex, state); //重新对scoped_lock对象加锁，获得独占访问资源的权利
8 }
虽然condition的内部实现比较复杂，但使用起来还是比较方便的。下面是一个使用condition的多Producer-多Consumer同步的例子：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/condition.hpp>
4 #include <boost/thread/xtime.hpp>
5
6 #include <iostream>
7 #include <time.h> // for time()
8
9 #include <Windows.h> // for Sleep, change it for other platform, we can use
10 // boost::thread::sleep, but it's too inconvenient.
11
12 typedef boost::mutex::scoped_lock scoped_lock;
13 boost::mutex io_mutex;
14
15 class Product
16 {
17 int num;
18 public:
19 Product(int num) : num(num) {}
20
21 friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, Product& product)
22 {
23 return os << product.num;
24 }
25 };
26
27 class Mediator
28 {
29 private:
30 boost::condition cond;
31 boost::mutex mutex;
32
33 Product** pSlot; // product buffer/slot
34 unsigned int slotCount, // buffer size
35 productCount; // current product count
36 bool stopFlag; // should all thread stop or not
37
38 public:
39 Mediator(const int slotCount) : slotCount(slotCount), stopFlag(false), productCount(0)
40 {
41 pSlot = new Product*[slotCount];
42 }
43
44 virtual ~Mediator()
45 {
46 for (int i = 0; i < static_cast<int>(productCount); i++)
47 {
48 delete pSlot[i];
49 }
50 delete [] pSlot;
51 }
52
53 bool Stop() const { return stopFlag; }
54 void Stop(bool) { stopFlag = true; }
55
56 void NotifyAll() // notify all blocked thread to exit
57 {
58 cond.notify_all();
59 }
60
61 bool Put( Product* pProduct)
62 {
63 scoped_lock lock(mutex);
64 if (productCount == slotCount)
65 {
66 {
67 scoped_lock lock(io_mutex);
68 std::cout << "Buffer is full. Waiting" << std::endl;
69 }
70 while (!stopFlag && (productCount == slotCount))
71 cond.wait(lock);
72 }
73 if (stopFlag) // it may be notified by main thread to quit.
74 return false;
75
76 pSlot[ productCount++ ] = pProduct;
77 cond.notify_one(); // this call may cause *pProduct to be changed if it wakes up a consumer
78
79 return true;
80 }
81
82 bool Get(Product** ppProduct)
83 {
84 scoped_lock lock(mutex);
85 if (productCount == 0)
86 {
87 {
88 scoped_lock lock(io_mutex);
89 std::cout << "Buffer is empty. Waiting" << std::endl;
90 }
91 while (!stopFlag && (productCount == 0))
92 cond.wait(lock);
93 }
94 if (stopFlag) // it may be notified by main thread to quit.
95 {
96 *ppProduct = NULL;
97 return false;
98 }
99
100 *ppProduct = pSlot[--productCount];
101 cond.notify_one();
102
103 return true;
104 }
105 };
106
107 class Producer
108 {
109 private:
110 Mediator* pMediator;
111 static unsigned int num;
112 unsigned int id; // Producer id
113
114 public:
115 Producer(Mediator* pMediator) : pMediator(pMediator) { id = num++; }
116
117 void operator() ()
118 {
119 Product* pProduct;
120 srand( (unsigned)time( NULL ) + id ); // each thread need to srand differently
121 while (!pMediator->Stop())
122 {
123 pProduct = new Product( rand() % 100 );
124 // must print product info before call Put, as Put may wake up a consumer
125 // and cause *pProuct to be changed
126 {
127 scoped_lock lock(io_mutex);
128 std::cout << "Producer[" << id << "] produces Product["
129 << *pProduct << "]" << std::endl;
130 }
131 if (!pMediator->Put(pProduct)) // this function only fails when it is notified by main thread to exit
132 delete pProduct;
133
134 Sleep(100);
135 }
136 }
137 };
138
139 unsigned int Producer::num = 1;
140
141 class Consumer
142 {
143 private:
144 Mediator* pMediator;
145 static unsigned int num;
146 unsigned int id; // Consumer id
147
148 public:
149 Consumer(Mediator* pMediator) : pMediator(pMediator) { id = num++; }
150
151 void operator() ()
152 {
153 Product* pProduct = NULL;
154 while (!pMediator->Stop())
155 {
156 if (pMediator->Get(&pProduct))
157 {
158 scoped_lock lock(io_mutex);
159 std::cout << "Consumer[" << id << "] is consuming Product["
160 << *pProduct << "]" << std::endl;
161 delete pProduct;
162 }
163
164 Sleep(100);
165 }
166 }
167 };
168
169 unsigned int Consumer::num = 1;
170
171 int main()
172 {
173 Mediator mediator(2); // we have only 2 slot to put products
174
175 // we have 2 producers
176 Producer producer1(&mediator);
177 boost::thread thrd1(producer1);
178 Producer producer2(&mediator);
179 boost::thread thrd2(producer2);
180 // and we have 3 consumers
181 Consumer consumer1(&mediator);
182 boost::thread thrd3(consumer1);
183 Consumer consumer2(&mediator);
184 boost::thread thrd4(consumer2);
185 Consumer consumer3(&mediator);
186 boost::thread thrd5(consumer3);
187
188 // wait 1 second
189 Sleep(1000);
190 // and then try to stop all threads
191 mediator.Stop(true);
192 mediator.NotifyAll();
193
194 // wait for all threads to exit
195 thrd1.join();
196 thrd2.join();
197 thrd3.join();
198 thrd4.join();
199 thrd5.join();
200
201 return 0;
202 }
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/condition.hpp>
4 #include <boost/thread/xtime.hpp>
5
6 #include <iostream>
7 #include <time.h> // for time()
8
9 #include <Windows.h> // for Sleep, change it for other platform, we can use
10 // boost::thread::sleep, but it's too inconvenient.
11
12 typedef boost::mutex::scoped_lock scoped_lock;
13 boost::mutex io_mutex;
14
15 class Product
16 {
17 int num;
18 public:
19 Product(int num) : num(num) {}
20
21 friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, Product& product)
22 {
23 return os << product.num;
24 }
25 };
26
27 class Mediator
28 {
29 private:
30 boost::condition cond;
31 boost::mutex mutex;
32
33 Product** pSlot; // product buffer/slot
34 unsigned int slotCount, // buffer size
35 productCount; // current product count
36 bool stopFlag; // should all thread stop or not
37
38 public:
39 Mediator(const int slotCount) : slotCount(slotCount), stopFlag(false), productCount(0)
40 {
41 pSlot = new Product*[slotCount];
42 }
43
44 virtual ~Mediator()
45 {
46 for (int i = 0; i < static_cast<int>(productCount); i++)
47 {
48 delete pSlot[i];
49 }
50 delete [] pSlot;
51 }
52
53 bool Stop() const { return stopFlag; }
54 void Stop(bool) { stopFlag = true; }
55
56 void NotifyAll() // notify all blocked thread to exit
57 {
58 cond.notify_all();
59 }
60
61 bool Put( Product* pProduct)
62 {
63 scoped_lock lock(mutex);
64 if (productCount == slotCount)
65 {
66 {
67 scoped_lock lock(io_mutex);
68 std::cout << "Buffer is full. Waiting
" << std::endl;69 }
70 while (!stopFlag && (productCount == slotCount))
71 cond.wait(lock);
72 }
73 if (stopFlag) // it may be notified by main thread to quit.
74 return false;
75
76 pSlot[ productCount++ ] = pProduct;
77 cond.notify_one(); // this call may cause *pProduct to be changed if it wakes up a consumer
78
79 return true;
80 }
81
82 bool Get(Product** ppProduct)
83 {
84 scoped_lock lock(mutex);
85 if (productCount == 0)
86 {
87 {
88 scoped_lock lock(io_mutex);
89 std::cout << "Buffer is empty. Waiting
" << std::endl;90 }
91 while (!stopFlag && (productCount == 0))
92 cond.wait(lock);
93 }
94 if (stopFlag) // it may be notified by main thread to quit.
95 {
96 *ppProduct = NULL;
97 return false;
98 }
99
100 *ppProduct = pSlot[--productCount];
101 cond.notify_one();
102
103 return true;
104 }
105 };
106
107 class Producer
108 {
109 private:
110 Mediator* pMediator;
111 static unsigned int num;
112 unsigned int id; // Producer id
113
114 public:
115 Producer(Mediator* pMediator) : pMediator(pMediator) { id = num++; }
116
117 void operator() ()
118 {
119 Product* pProduct;
120 srand( (unsigned)time( NULL ) + id ); // each thread need to srand differently
121 while (!pMediator->Stop())
122 {
123 pProduct = new Product( rand() % 100 );
124 // must print product info before call Put, as Put may wake up a consumer
125 // and cause *pProuct to be changed
126 {
127 scoped_lock lock(io_mutex);
128 std::cout << "Producer[" << id << "] produces Product["
129 << *pProduct << "]" << std::endl;
130 }
131 if (!pMediator->Put(pProduct)) // this function only fails when it is notified by main thread to exit
132 delete pProduct;
133
134 Sleep(100);
135 }
136 }
137 };
138
139 unsigned int Producer::num = 1;
140
141 class Consumer
142 {
143 private:
144 Mediator* pMediator;
145 static unsigned int num;
146 unsigned int id; // Consumer id
147
148 public:
149 Consumer(Mediator* pMediator) : pMediator(pMediator) { id = num++; }
150
151 void operator() ()
152 {
153 Product* pProduct = NULL;
154 while (!pMediator->Stop())
155 {
156 if (pMediator->Get(&pProduct))
157 {
158 scoped_lock lock(io_mutex);
159 std::cout << "Consumer[" << id << "] is consuming Product["
160 << *pProduct << "]" << std::endl;
161 delete pProduct;
162 }
163
164 Sleep(100);
165 }
166 }
167 };
168
169 unsigned int Consumer::num = 1;
170
171 int main()
172 {
173 Mediator mediator(2); // we have only 2 slot to put products
174
175 // we have 2 producers
176 Producer producer1(&mediator);
177 boost::thread thrd1(producer1);
178 Producer producer2(&mediator);
179 boost::thread thrd2(producer2);
180 // and we have 3 consumers
181 Consumer consumer1(&mediator);
182 boost::thread thrd3(consumer1);
183 Consumer consumer2(&mediator);
184 boost::thread thrd4(consumer2);
185 Consumer consumer3(&mediator);
186 boost::thread thrd5(consumer3);
187
188 // wait 1 second
189 Sleep(1000);
190 // and then try to stop all threads
191 mediator.Stop(true);
192 mediator.NotifyAll();
193
194 // wait for all threads to exit
195 thrd1.join();
196 thrd2.join();
197 thrd3.join();
198 thrd4.join();
199 thrd5.join();
200
201 return 0;
202 }
Boost Thread学习笔记四
barrier
barrier类的接口定义如下：
barrier类为我们提供了这样一种控制线程同步的机制：
前n - 1次调用wait函数将被阻塞，直到第n次调用wait函数，而此后第n + 1次到第2n - 1次调用wait也会被阻塞，直到第2n次调用，依次类推。
barrier::wait的实现十分简单：
因此，说白了也不过是mutex的一个简单应用。
以下是一个使用barrier的例子：
如果去掉其中thrd3相关的代码，将使得线程1、2一直处于wait状态，进而使得主线程无法退出。
xtime
xtime是boost::thread中用来表示时间的一个辅助类，它是一个仅包含两个成员变量的结构体：
condition::timed_wait、thread::sleep等涉及超时的函数需要用到xtime。
需要注意的是，xtime表示的不是一个时间间隔，而是一个时间点，因此使用起来很不方便。为了方便使用xtime，boost提供了一些辅助的xtime操作函数，如xtime_get、xtime_cmp等。
以下是一个使用xtime来执行sleep的例子（跟简单的一句Sleep比起来，实在是太复杂了），其中用到了xtime初始化函数xtime_get：
barrier类的接口定义如下：
1 class barrier : private boost::noncopyable // Exposition only
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 barrier(size_t n);
6 ~barrier();
7
8 // waiting
9 bool wait();
10 };
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 barrier(size_t n);
6 ~barrier();
7
8 // waiting
9 bool wait();
10 };
barrier类为我们提供了这样一种控制线程同步的机制：
前n - 1次调用wait函数将被阻塞，直到第n次调用wait函数，而此后第n + 1次到第2n - 1次调用wait也会被阻塞，直到第2n次调用，依次类推。
barrier::wait的实现十分简单：
1 barrier::barrier(unsigned int count)
2 : m_threshold(count), m_count(count), m_generation(0)
3 {
4 if (count == 0)
5 throw std::invalid_argument("count cannot be zero.");
6 }
7
8 bool barrier::wait()
9 {
10 boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex); // m_mutex is the base of barrier and is initilized by it's default constructor.
11 unsigned int gen = m_generation; // m_generation will be 0 for call 1~n-1, and 1 for n~2n - 1, and so on
12
13 if (--m_count == 0)
14 {
15 m_generation++; // cause m_generation to be changed in call n/2n/
16 m_count = m_threshold; // reset count
17 m_cond.notify_all(); // wake up all thread waiting here
18 return true;
19 }
20
21 while (gen == m_generation) // if m_generation is not changed, lock current thread.
22 m_cond.wait(lock);
23 return false;
24 }
2 : m_threshold(count), m_count(count), m_generation(0)
3 {
4 if (count == 0)
5 throw std::invalid_argument("count cannot be zero.");
6 }
7
8 bool barrier::wait()
9 {
10 boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex); // m_mutex is the base of barrier and is initilized by it's default constructor.
11 unsigned int gen = m_generation; // m_generation will be 0 for call 1~n-1, and 1 for n~2n - 1, and so on
12
13 if (--m_count == 0)
14 {
15 m_generation++; // cause m_generation to be changed in call n/2n/
16 m_count = m_threshold; // reset count
17 m_cond.notify_all(); // wake up all thread waiting here
18 return true;
19 }
20
21 while (gen == m_generation) // if m_generation is not changed, lock current thread.
22 m_cond.wait(lock);
23 return false;
24 }
因此，说白了也不过是mutex的一个简单应用。
以下是一个使用barrier的例子：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/barrier.hpp>
3
4 int i = 0;
5 boost::barrier barr(3); // call barr.wait 3 * n times will release all threads in waiting
6
7 void thread()
8 {
9 ++i;
10 barr.wait();
11 }
12
13 int main()
14 {
15 boost::thread thrd1(&thread);
16 boost::thread thrd2(&thread);
17 boost::thread thrd3(&thread);
18
19 thrd1.join();
20 thrd2.join();
21 thrd3.join();
22
23 return 0;
24 }
2 #include <boost/thread/barrier.hpp>
3
4 int i = 0;
5 boost::barrier barr(3); // call barr.wait 3 * n times will release all threads in waiting
6
7 void thread()
8 {
9 ++i;
10 barr.wait();
11 }
12
13 int main()
14 {
15 boost::thread thrd1(&thread);
16 boost::thread thrd2(&thread);
17 boost::thread thrd3(&thread);
18
19 thrd1.join();
20 thrd2.join();
21 thrd3.join();
22
23 return 0;
24 }
如果去掉其中thrd3相关的代码，将使得线程1、2一直处于wait状态，进而使得主线程无法退出。
xtime
xtime是boost::thread中用来表示时间的一个辅助类，它是一个仅包含两个成员变量的结构体：
1 struct xtime
2 {
3 //
4 xtime_sec_t sec;
5 xtime_nsec_t nsec;
6 };
2 {
3 //
4 xtime_sec_t sec;
5 xtime_nsec_t nsec;
6 };
condition::timed_wait、thread::sleep等涉及超时的函数需要用到xtime。
需要注意的是，xtime表示的不是一个时间间隔，而是一个时间点，因此使用起来很不方便。为了方便使用xtime，boost提供了一些辅助的xtime操作函数，如xtime_get、xtime_cmp等。
以下是一个使用xtime来执行sleep的例子（跟简单的一句Sleep比起来，实在是太复杂了），其中用到了xtime初始化函数xtime_get：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/xtime.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 int main()
6 {
7 boost::xtime xt;
8 boost::xtime_get(&xt, boost::TIME_UTC); // initialize xt with current time
9 xt.sec += 1; // change xt to next second
10 boost::thread::sleep(xt); // do sleep
11
12 std::cout << "1 second sleep over." << std::endl;
13
14 return 0;
15 }
2 #include <boost/thread/xtime.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 int main()
6 {
7 boost::xtime xt;
8 boost::xtime_get(&xt, boost::TIME_UTC); // initialize xt with current time
9 xt.sec += 1; // change xt to next second
10 boost::thread::sleep(xt); // do sleep
11
12 std::cout << "1 second sleep over." << std::endl;
13
14 return 0;
15 }
Boost Thread学习笔记五
多线程编程中还有一个重要的概念：Thread Local Store（TLS，线程局部存储），在boost中，TLS也被称作TSS，Thread Specific Storage。
boost::thread库为我们提供了一个接口简单的TLS的面向对象的封装，以下是tss类的接口定义：
分别用于获取、设置、清除线程局部存储变量，这些函数在内部封装了TlsAlloc、TlsGetValue、TlsSetValue等API操作，将它们封装成了OO的形式。
但boost将该类信息封装在detail名字空间内，即不推荐我们使用，当需要使用tss时，我们应该使用另一个使用更加方便的类：thread_specific_ptr，这是一个智能指针类，该类的接口如下：
即可支持get、reset、release等操作。
thread_specific_ptr类的实现十分简单，仅仅为了将tss类“改装”成智 能指针的样子，该类在其构造函数中会自动创建一个tss对象，而在其析构函数中会调用默认参数的reset函数，从而引起内部被封装的tss对象被析构， 达到“自动”管理内存分配释放的目的。
以下是一个运用thread_specific_ptr实现TSS的例子：
该函数的声明如下：
void call_once(void (*func)(), once_flag& flag);
该函数的Windows实现通过创建一个Mutex使所有的线程在尝试执行该函数时处于等待状态，直到有一个线程执行完了func函数，该函数的第二个参数表示函数func是否已被执行，该参数往往被初始化成BOOST_ONCE_INIT（即0），如果你将该参数初始化成1，则函数func将不被调用，此时call_once相当于什么也没干，这在有时候可能是需要的，比如，根据程序处理的结果决定是否需要call_once某函数func。
call_once在执行完函数func后，会将flag修改为1，这样会导致以后执行call_once的线程（包括等待在Mutex处的线程和刚刚进入call_once的线程）都会跳过执行func的代码。
需要注意的是，该函数不是一个模板函数，而是一个普通函数，它的第一个参数1是一个函数指针，其类型为void (*)()，而不是跟boost库的很多其它地方一样用的是function模板，不过这样也没有关系，有了boost::bind这个超级武器，想怎么绑定参数就随你的便了，根据boost的文档，要求传入的函数不能抛出异常，但从实现代码中好像不是这样。
以下是一个典型的运用call_once实现一次初始化的例子：
boost::thread库为我们提供了一个接口简单的TLS的面向对象的封装，以下是tss类的接口定义：
class tss
{
public:
tss(boost::function1<void, void*>* pcleanup);
void* get() const;
void set(void* value);
void cleanup(void* p);
};
{
public:
tss(boost::function1<void, void*>* pcleanup);
void* get() const;
void set(void* value);
void cleanup(void* p);
};
分别用于获取、设置、清除线程局部存储变量，这些函数在内部封装了TlsAlloc、TlsGetValue、TlsSetValue等API操作，将它们封装成了OO的形式。
但boost将该类信息封装在detail名字空间内，即不推荐我们使用，当需要使用tss时，我们应该使用另一个使用更加方便的类：thread_specific_ptr，这是一个智能指针类，该类的接口如下：
1 class thread_specific_ptr : private boost::noncopyable // Exposition only
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 thread_specific_ptr();
6 thread_specific_ptr(void (*cleanup)(void*));
7 ~thread_specific_ptr();
8
9 // modifier functions
10 T* release();
11 void reset(T* = 0);
12
13 // observer functions
14 T* get() const;
15 T* operator->() const;
16 T& operator*()() const;
17 };
2 {
3 public:
4 // construct/copy/destruct
5 thread_specific_ptr();
6 thread_specific_ptr(void (*cleanup)(void*));
7 ~thread_specific_ptr();
8
9 // modifier functions
10 T* release();
11 void reset(T* = 0);
12
13 // observer functions
14 T* get() const;
15 T* operator->() const;
16 T& operator*()() const;
17 };
即可支持get、reset、release等操作。
thread_specific_ptr类的实现十分简单，仅仅为了将tss类“改装”成智 能指针的样子，该类在其构造函数中会自动创建一个tss对象，而在其析构函数中会调用默认参数的reset函数，从而引起内部被封装的tss对象被析构， 达到“自动”管理内存分配释放的目的。
以下是一个运用thread_specific_ptr实现TSS的例子：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/tss.hpp>
4 #include <iostream>
5
6 boost::mutex io_mutex;
7 boost::thread_specific_ptr<int> ptr; // use this method to tell that this member will not shared by all threads
8
9 struct count
10 {
11 count(int id) : id(id) { }
12
13 void operator()()
14 {
15 if (ptr.get() == 0) // if ptr is not initialized, initialize it
16 ptr.reset(new int(0)); // Attention, we pass a pointer to reset (actually set ptr)
17
18 for (int i = 0; i < 10; ++i)
19 {
20 (*ptr)++;
21 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
22 std::cout << id << ": " << *ptr << std::endl;
23 }
24 }
25
26 int id;
27 };
28
29 int main(int argc, char* argv[])
30 {
31 boost::thread thrd1(count(1));
32 boost::thread thrd2(count(2));
33 thrd1.join();
34 thrd2.join();
35
36 return 0;
37 }
此外，thread库还提供了一个很有趣的函数，call_once，在tss::init的实现中就用到了该函数。2 #include <boost/thread/mutex.hpp>
3 #include <boost/thread/tss.hpp>
4 #include <iostream>
5
6 boost::mutex io_mutex;
7 boost::thread_specific_ptr<int> ptr; // use this method to tell that this member will not shared by all threads
8
9 struct count
10 {
11 count(int id) : id(id) { }
12
13 void operator()()
14 {
15 if (ptr.get() == 0) // if ptr is not initialized, initialize it
16 ptr.reset(new int(0)); // Attention, we pass a pointer to reset (actually set ptr)
17
18 for (int i = 0; i < 10; ++i)
19 {
20 (*ptr)++;
21 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
22 std::cout << id << ": " << *ptr << std::endl;
23 }
24 }
25
26 int id;
27 };
28
29 int main(int argc, char* argv[])
30 {
31 boost::thread thrd1(count(1));
32 boost::thread thrd2(count(2));
33 thrd1.join();
34 thrd2.join();
35
36 return 0;
37 }
该函数的声明如下：
void call_once(void (*func)(), once_flag& flag);
该函数的Windows实现通过创建一个Mutex使所有的线程在尝试执行该函数时处于等待状态，直到有一个线程执行完了func函数，该函数的第二个参数表示函数func是否已被执行，该参数往往被初始化成BOOST_ONCE_INIT（即0），如果你将该参数初始化成1，则函数func将不被调用，此时call_once相当于什么也没干，这在有时候可能是需要的，比如，根据程序处理的结果决定是否需要call_once某函数func。
call_once在执行完函数func后，会将flag修改为1，这样会导致以后执行call_once的线程（包括等待在Mutex处的线程和刚刚进入call_once的线程）都会跳过执行func的代码。
需要注意的是，该函数不是一个模板函数，而是一个普通函数，它的第一个参数1是一个函数指针，其类型为void (*)()，而不是跟boost库的很多其它地方一样用的是function模板，不过这样也没有关系，有了boost::bind这个超级武器，想怎么绑定参数就随你的便了，根据boost的文档，要求传入的函数不能抛出异常，但从实现代码中好像不是这样。
以下是一个典型的运用call_once实现一次初始化的例子：
1 #include <boost/thread/thread.hpp>
2 #include <boost/thread/once.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 int i = 0;
6 int j = 0;
7 boost::once_flag flag = BOOST_ONCE_INIT;
8
9 void init()
10 {
11 ++i;
12 }
13
14 void thread()
15 {
16 boost::call_once(&init, flag);
17 ++j;
18 }
19
20 int main(int argc, char* argv[])
21 {
22 boost::thread thrd1(&thread);
23 boost::thread thrd2(&thread);
24 thrd1.join();
25 thrd2.join();
26
27 std::cout << i << std::endl;
28 std::cout << j << std::endl;
29
30 return 0;
31 }
结果显示，全局变量i仅被执行了一次++操作，而变量j则在两个线程中均执行了++操作。2 #include <boost/thread/once.hpp>
3 #include <iostream>
4
5 int i = 0;
6 int j = 0;
7 boost::once_flag flag = BOOST_ONCE_INIT;
8
9 void init()
10 {
11 ++i;
12 }
13
14 void thread()
15 {
16 boost::call_once(&init, flag);
17 ++j;
18 }
19
20 int main(int argc, char* argv[])
21 {
22 boost::thread thrd1(&thread);
23 boost::thread thrd2(&thread);
24 thrd1.join();
25 thrd2.join();
26
27 std::cout << i << std::endl;
28 std::cout << j << std::endl;
29
30 return 0;
31 }