【C++11】并发库

📝前言：

这篇文章我们来讲讲C++11并发库中的常用对象和接口。

适合有Linux线程基础的人观看，主要简述一下C++并发库中的各种接口的用法。对于常用的东西写多了自然记住了，对于不常用的在使用的时候再去查文档就可以了。

🎬个人简介：努力学习ing

📋个人专栏：C++学习笔记

🎀CSDN主页 愚润求学

🌄其他专栏：C语言入门基础，python入门基础，python刷题专栏，Linux

---

文章目录

• 一、thread库
• 二、this_thread命名空间
• 三，future
• • [1. std::future<T>](#1. std::future<T>)
• 四、mutex
• • [1. 基本介绍](#1. 基本介绍)
  • [2. 其他mutex](#2. 其他mutex)
  • [3. lock 和 try_lock函数](#3. lock 和 try_lock函数)
• [五、lock_guard 和 unique_lock](#五、lock_guard 和 unique_lock)
• 六，condition_variable
• 七，atomic
• 八，综合练习
• • [1. 交替打印奇数和偶数](#1. 交替打印奇数和偶数)
  • [2. 实现生产消费模型](#2. 实现生产消费模型)

一、thread库

• thread库底层是对各个系统的线程库进行封装，同时是面向对象的，对许多接口的使用进行了简化

thread库文档

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)	
thread (thread&& x) noexcept;

1. 创建空线程对象
2. thread(可调用对象，参数)创建线程
3. 不支持拷贝构造
4. 支持移动构造（比如把匿名线程对象移动构造给已存在的空的线程对象）

还有一些其他接口，如 join()、get_id()、detach()...

函数call_once

原型：

template <class Fn, class... Args>
  void call_once (once_flag& flag, Fn&& fn, Args&&... args);

• 多线程执行时，让第⼀个线程执行Fn⼀次（flag会被设置），其他线程不再执行Fn

二、this_thread命名空间

this_thread文档

主要有四个函数（文档讲的很清楚）

• get_id()：用于在执行流里面获得当前执行流（线程对象）的ID（因为在执行流里面没有线程对象，无法直接调对线里面的get_id方法）
• yield：用于把线程挂起，放在同优先级线程的队列的队尾
• sleep_until：Blocks the calling thread until abs_time（阻塞到绝对时间）
• sleep_for：Blocks execution of the calling thread during the span of time specified by rel_time（阻塞一段时间）

那怎么设置这个rel_time（一段时间间隔）呢

用Dutation类（这是一个类模板），chrono时间库里面的type就是通过typedef duration来的

使用示例：

std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(1)); // 睡眠 1s

怎么获取绝对时间呢？

我们可以通过system_clock::now()获得当前时间，当前时间 + 时间片段 == 下一个绝对时间

三，future

future对象可能让一个线程去异步执行函数，并且提供了一种机制，允许一个线程等待另一个线程的计算结果，而不必显式地处理线程同步问题。

1. std::future

创建线程异步执行任务
async：异步执行任务并返回一个std::future对象，我们可以通过future对象来获得返回结果

template< class Function, class... Args >
std::future<typename std::result_of<Function(Args...)>::type>
async( std::launch policy, Function&& f, Args&&... args );

• policy：执行策略（默认``）。
  • launch::async：直接创建线程异步执行
  • launch::deferred：延迟执行，直到调用future.get()或future.wait()时才执行
• f：要执行的可调用对象（函数、lambda 等）。
• args：传递给f的参数。

packaged_task

用于包装任务，里面也包装有future对象，我们可以通过里面的future对象来拿到返回值。

promise

创建promise对象，会自动分配共享状态，可以通过get_future拿到里面的future对象

future对象

• get()：获取异步操作的结果（主线程会阻塞到到异步的线程直到结果就绪）。
  • future在关联异步操作的时候状态变有效，调用后 future 对象变为无效（也是就get只能调一次）
  • std::shared_future<T>：允许多个对象共享同一个异步操作的结果，可以被复制
• wait()：等待异步操作完成，但不获取结果。
• wait_for()：等待指定时间，返回操作状态（ready、timeou、deferred）。
• valid()：检查 future 是否有效（是否关联了异步操作）。

四、mutex

mutex文档

1. 基本介绍

• mutex：C++ 中封装的互斥锁的类，接口lock和unlock不说了，其他接口文档讲的也很清楚（和Linux的pthread锁没什么区别）
• try_lock：申请锁失败后返回false（不阻塞），所以如果后面代码是临界区代码则可能执行有安全风险

传锁问题：

• 如果我们有一把局部锁（在主线程中），想要通过thread的构造函数（通过传引用）传给从线程是不行的。
• 因为thread(&mutex)的时候，是把mutex传给了thread的拷贝构造
• 但是，thread底层封装的是pthread_create，pthread_create接收的是void*类型的参数
• 所以传入的mutex以及其他参数会被打包成一个struct（这个过程中发生了拷贝），导致不是原来的锁了

解决方法：使用ref()来传参 或者 直接使用lambda来捕抓mutex

2. 其他mutex

• timed_mutex：主要是提供try_lock_for/until
  • try_lock_for：在这个时间段内不断获取锁，拿不到就返回false（不阻塞）
  • try_lock_until：尝试获取锁，直到指定的时间点
• recursive_mutex用于有递归的执行流
  • 普通的mutex，如果在递归的时候二次申请锁了（递归的上一层锁没释放），就把自己搞死锁了
  • recursive_mutex在申请锁的时候会对比申请的线程的ID是不是当前持有锁的线程的ID，如果是就不会再申请，避免阻塞（自己锁自己）。
• recursive_timed_mutex：不多说了

3. lock 和 try_lock函数

常用来避免死锁问题（通过释放锁）

• lock()：是一个函数模板，接收可变参数。可以一次锁多个互斥量
  • 如果不能全部同时锁住，就先全解锁，然后阻塞
  • 如果能全部锁住，那就全部锁住了，然后继续执行
• try_lock()
  • 全部锁对象都锁定了，返回-1
  • 如果某⼀个锁对象尝试锁定失败，把已经锁定成功的锁对象解锁，并则返回这个对象的下标（下标从0开始计算）

五、lock_guard 和 unique_lock

• lock_guard：使用RAII设计思想的，用生命周期来管理锁 的一个类
  • 原型：template <class Mutex> class lock_guard;
• unique_lock：有更多功能的lock_gurad
  • 原型：template <class Mutex> class unique_lock;
  • 在构造的时候，可以传入不同的tag来控制锁定行为
    • 比如当前要管理的锁之前已经锁定过了，就可以unique_lock(Mutex& m, std::defer_lock_t)，代表构造时不锁定
  • unique_lock还可以通过operator bool去检查是否lock了锁对象

为什么要用这种RAII的方式呢？我们可以回忆一下智能指针，智能指针可以预防在malloc和free的时候出现异常，导致出现异常安全（就是因为异常malloc的空间没办法释放了）的情况。而lock_guard可以解决，lock和unlock因为异常安全无法unlock的情况。

六，condition_variable

• condition_variable需要配合互斥锁系列进⾏使⽤，主要提供wait和notify接口
• wait需要传递⼀个unique_lock<mutex>类型的互斥锁，wait会阻塞当前线程直到被notify
  • 进入wait的时候会自动释放锁
  • 重新被唤醒的时候会自动申请锁
• notify_one唤醒在当前条件变量上等的一个，notify_all唤醒在该条件变量上的全部
• condition_variable_any 类是 std::condition_variable 的泛化。
  • 相对于只在std::unique_lock<std::mutex> 上工作的 std::condition_variable，condition_variable_any 能在任何满足可基本锁定 (BasicLockable) 要求的锁上工作。

七，atomic

• atomic是⼀个模板的实例化和全特化均定义的原⼦类型，他可以保证对⼀个原⼦对象的操作是线程安全的
• 对于整形和指针⽀持基本加减运算和位运算

这里就不做详细介绍了，可以看这篇文章

八，综合练习

1. 交替打印奇数和偶数

主要使用条件变量

2. 实现生产消费模型

用于管理进各种信息

---

🌈我的分享也就到此结束啦🌈

要是我的分享也能对你的学习起到帮助，那简直是太酷啦！

若有不足，还请大家多多指正，我们一起学习交流！

📢公主，王子：点赞👍→收藏⭐→关注🔍

感谢大家的观看和支持！祝大家都能得偿所愿，天天开心！！！