c++多线程初探

布满荆棘的人生 2023-01-19 07:09 159阅读 0赞

### 多线程 ###

*  一般使用方法
 *   *  atomic
     *  thread\_local
     *  detch与join
     *  线程传入可修改的参数
     *  lock\_guard< mutex >超过使用范围自动解锁
     *  各种锁的方式
     *   *  defer\_lock
         *  try\_to\_lock
         *  adopt\_lock
     *  异步线程
     *   *  future
         *  shared\_future
 *  生产者和消费者
 *   *  生产者
     *  消费者

# 一般使用方法 #

## atomic ##

原子类型 一般运用于变量 本身相当于有自动锁

atomic<bool> b(true);
       b = false;

## thread\_local ##

thread\_local 定义的变量在每个线程都保存一份副本，互不干扰在线程退出时候自动销毁

thread_local int g_k = 0

## detch与join ##

主进程与线程分离detach()后子线程在后台独立继续运行，
    主线程无法再取得子线程的控制权，即使主线程结束，子线程未执行也不会结束。
    当主线程结束时，由运行时库负责清理与子线程相关的资源。
    实际应用如让一个文字处理应用同时编辑多个文档，让每个文档处理窗口拥有自己的线程，
    每个线程运行同样的代码，并隔离不同窗口处理的数据

join当前线程完成退出后才能继续下一个线程或者继续主线程

## 线程传入可修改的参数 ##

projects5

void proc(int &a){
        a = a+100;
        cout<<"a = "<<a<<endl;
        cout<<"thread_id = "<<std::this_thread::get_id()<<endl;
    }

bind与thread传递引用时必须外层使用ref来进行传递

int a=9;
    thread th2(proc,ref(a));
    //主线程等待子线程运行完之后才继续运行
    th2.join();

结果  
![在这里插入图片描述][20210508133801665.png]

## lock\_guard< mutex >超过使用范围自动解锁 ##

void proc1(int a){
        //m.lock();
        lock_guard<mutex> g1(m);
        cout<<"proc1 change a"<<endl;
        cout<<"proc1 before a = "<<a<<endl;
        a = a+2;
        cout<<"proc1 after a = "<<a<<endl; 
        //cout<<"proc1 thread_id = "<<std::this_thread::get_id()<<endl;
        //m.unlock();
    }
    void proc2(int a){
        //m.lock();
        {
            lock_guard<mutex> g2(m);//用大括号限制锁的范围  
            cout<<"proc2 change a"<<endl;
            cout<<"proc2 before a = "<<a<<endl;
            a = a+4;
            cout<<"proc2 after a = "<<a<<endl; 
            //cout<<"proc2 thread_id = "<<std::this_thread::get_id()<<endl;
            //m.unlock();
        }
        cout<<"beyond 2"<<endl;
        cout<<"beyond 3"<<endl;
    }

thread th2(proc2,a);
        thread th1(proc1,a);
        th1.join();
        th2.join();

结果  
锁一旦放出，则后续输出顺序不定  
![在这里插入图片描述][20210508134543296.png]

## 各种锁的方式 ##

### defer\_lock ###

void proc3(int a){
        unique_lock<mutex> g1(m,defer_lock);//初始化了一个没有加锁的mutex
        g1.lock();//使用g1进行m的管理，在这抢赢了4 但是输出顺序乱了
        cout<<"xxxxxxxxxx"<<endl;
        //g1.lock();  //在这抢不过4
        cout<<"proc3 change a"<<endl;
        cout<<"proc3 before a = "<<a<<endl;
        a = a+3;
        cout<<"proc3 after a = "<<a<<endl; 
        //cout<<"proc1 thread_id = "<<std::this_thread::get_id()<<endl;
        //m.unlock();
    }//自动释放锁

### try\_to\_lock ###

尝试加锁如果没有锁定成功会立即返回，失败后不会阻塞线程，而是继续往下执行

void proc4(int a){
        unique_lock<mutex> g2(m,try_to_lock);
        if(g2.owns_lock()){
            cout<<"proc4 change a"<<endl;
            cout<<"proc4 before a = "<<a<<endl;
            a = a+4;
            cout<<"proc4 after a = "<<a<<endl; 
        }
        else {
            cout<<"beyond 4"<<endl;
            cout<<"beyond 5"<<endl;
        }
    
    }//自动解锁

### adopt\_lock ###

void proc5(int a){
        m.lock();
        //收养锁，托管锁，发生异常也不会没有解锁而产生死锁
        lock_guard<mutex> g5(m,adopt_lock);
        cout<<"proc5 change a"<<endl;
        cout<<"proc5 before a = "<<a<<endl;
        a = a+5;
        cout<<"proc5 after a = "<<a<<endl; 
    }

thread th5(proc5,a);
    thread th3(proc3,a);
    thread th4(proc4,a);
    th5.join();
    th3.join();
    th4.join();

结果  
由于try\_to\_lock的存在，所以并没有完全按照顺序执行 p4的语句混在里面  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTY3MjQwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 异步线程 ##

异步线程 凭借future对象进行get()结果，如果结果没出子线程没有return 就一直阻塞

double proc6(const double &a,const double &b){
        double c = a + b;
        _sleep(3000);
        return c;
    }
    //生产者
    void producer(){
        int data1;
        while(1){
            if(c<3)//限制产品数量
            {
                {
                    data1 = rand();
                    unique_lock<mutex> locker(m);//锁
                    q.push_front(data1);
                    cout<<"message is pushed"<<endl;
                    cond.notify_one();//唤醒任意一个等待的线程
                    ++c;
                }//锁的范围
                 _sleep(500);
            }
        }
    }

### future ###

double a1 = 2.3;
    double b1 = 6.7;
    future<double> fu = async(proc6,a1,b1);
    cout<<"the result is doing"<<endl;
    cout<<"waiting for a while"<<endl;
    cout<<"result is : "<<fu.get()<<endl;//阻塞主线程，直至异步线程return

结果  
一直等待到子线程出结果  
![在这里插入图片描述][20210508135444523.png]  
![在这里插入图片描述][20210508135458921.png]

### shared\_future ###

可以get多次

shared_future<double> fu = async(proc6,a1,b1);
    cout<<"the result is doing"<<endl;
    cout<<"waiting for a while"<<endl;
    cout<<"result is : "<<fu.get()<<endl;//阻塞主线程，直至异步线程return 
    cout<<"result is : "<<fu.get()<<endl;//阻塞主线程，直至异步线程return

结果  
![在这里插入图片描述][20210508135721656.png]

# 生产者和消费者 #

## 生产者 ##

//生产者
    void producer(){
        int data1;
        while(1){
            if(c<3)//限制产品数量
            {
                {
                    data1 = rand();
                    unique_lock<mutex> locker(m);//锁
                    q.push_front(data1);
                    cout<<"message is pushed"<<endl;
                    cond.notify_one();//唤醒任意一个等待的线程
                    ++c;
                }//锁的范围
                 _sleep(500);
            }
        }
    }

## 消费者 ##

wait(unique\_lock) wait会自动释放锁，并阻塞当前线程，当被唤醒时自动调用lock上锁

void consumer1(){
        int data2;
        while(1){
            {
                unique_lock<mutex> locker(m);
                while (q.empty())
                {
                    cond.wait(locker);//阻塞前会先解锁
                }
                data2=q.back();
                q.pop_back();
                cout<<"consumer1 get message"<<endl;
                --c;
            }//上锁的范围
            _sleep(600);
        }   
    }
    void consumer2(){
        int data2;
        while(1){
            {
                unique_lock<mutex> locker(m);
                while (q.empty())
                {
                    cond.wait(locker);//阻塞前会先解锁
                }
                data2=q.back();
                q.pop_back();
                cout<<"consumer2 get message"<<endl;
                --c;
            }//上锁的范围
            _sleep(700);
        }   
    }
    
    void consumer3(){
        int data2;
        while(1){
            {
                unique_lock<mutex> locker(m);
                while (q.empty())
                {
                    cond.wait(locker);//阻塞前会先解锁
                }
                data2=q.back();
                q.pop_back();
                cout<<"consumer3 get message"<<endl;
                --c;
            }//上锁的范围
            _sleep(1500);
        }   
    }

结果  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTY3MjQwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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[20210508134543296.png]: /images/20221021/b4dea45cace94a659737f79131472b25.png
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[20210508135458921.png]: /images/20221021/ffd5db8a6c564159bc52c227f9e94b00.png
[20210508135721656.png]: /images/20221021/7e8241259b064c009589d17d869b2652.png
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