C++11并发之std::thread

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：

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：

[cpp]

#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";

n += 10;

this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));

}

void fun2(int & n) //拷贝构造函数

{

cout << "Thread " << n << " executing\n";

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';

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 << '\n';

return 0;

}

运行结果:

Thread 1 executing

n=0

Thread 10 executing

n=30

3、异步。

例如：

[cpp]

#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;

}

4、多线程传递参数。

例如：

[cpp]

#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!

发现，线程 t1、t2、t3 都执行成功！

5、join、detach。

join例子如下：

[cpp]

#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!

1

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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

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：

[cpp]

#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!

9、时间等待相关问题。

例如：

[cpp]

#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;

}

10、线程功能拓展。

例如：

[cpp]

#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

11、多线程可变参数。

例如：

[cpp]

#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

12、线程交换。

例如：

[cpp]

#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

两个线程通过 swap 进行交换。

13、线程移动。

例如：

[cpp]

#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:

thread1

thread1' id is 5620

thread2' id is 5620

从上述代码中，线程t2可以通过 move 移动 t1 来获取 t1 的全部属性，而 t1 却销毁了。

http://blog.csdn.net/liuker888/article/details/46848905

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