C++ 多线程
C++ 多线程技术文档
C++ 多线程是一种并发编程的方式，它允许一个应用程序同时执行多个任务。多线程可以提高程序的执行效率，减少计算机资源的浪费，并且可以处理一些需要长时间运行的任务。本文将介绍 C++ 中多线程技术的基本概念、API 和注意事项。
多线程基本概念
进程是一个正在运行的程序，它包含一个或多个线程。每个线程都是运行在进程的上下文中，并共享相同的内存空间。线程是一个轻量级的进程，拥有独立的执行路径和堆栈空间。
多线程 API
C++ 中多线程 API 主要由以下几个头文件组成：
-
：用于创建和管理线程的类和函数。 -
：用于实现线程安全的互斥锁（Mutex）和条件变量（Condition Variable）的类和函数。 -
：用于实现原子操作的类和函数。
线程的创建和销毁
std::thread 类是用于创建和管理线程的主要工具。通过 std::thread::thread 构造函数可以创建一个新的线程，例如：
#include <thread>
#include <iostream>
void thread_func()
{
std::cout << "Hello from a thread!" << std::endl;
}
int main()
{
std::thread t1(thread_func);
t1.join();
return 0;
}
这里定义了一个名为 thread_func 的函数，并在 main 函数中创建一个新的线程 t1 来执行 thread_func 函数。线程的执行路径是独立的，因此线程和主线程可以并发执行。
在创建线程时，需要注意以下几点：
1.将函数名作为参数传递给 std::thread 构造函数时，会复制函数的声明，而不会复制函数的实现。因此，需要确保函数的声明在创建线程之前可见。
2.实例化 std::thread 对象时要谨慎，因为线程的数量可能会受到限制。如果你实例化太多线程，可能会导致程序崩溃或运行不良。
通常，在线程执行完后，使用 std::thread::join() 函数等待线程结束，例如：
std::thread t1(thread_func);
t1.join();
这里，std::thread::join() 函数会等待线程 t1 结束，然后回收线程资源。
线程的同步
在多线程编程中，线程之间经常需要共享资源。这时，需要使用互斥锁和条件变量等同步工具来保证线程安全。互斥锁用于保护共享资源，条件变量用于线程等待某个条件的发生。
以下是互斥锁的使用示例：
#include <thread>
#include <mutex>
int global_count = 0;
std::mutex mtx;
void thread_func()
{
for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
++global_count;
}
}
int main()
{
std::thread t1(thread_func);
std::thread t2(thread_func);
t1.join();
t2.join();
std::cout << global_count << std::endl;
return 0;
}
在此示例中，global_count 是一个共享的计数器。在每个线程函数中，使用 std::lock_guardstd::mutex lock(mtx) 实例化一个锁对象 lock，它会自动加锁，防止多个线程同时访问共享资源。在每个线程结束时，lock 对象会自动解锁。
注意事项
在设计并行程序时，需要遵守以下几个原则：
1.确保线程安全：多线程应用程序需要考虑线程安全，避免竞争条件、死锁和数据竞争等问题。
2.避免饥饿：应保证每个线程都有适当的资源和工作量，避免某些线程饥饿而无法执行。
3.避免资源竞争：应使用合适的同步机制，减少资源竞争的机会。
结论
本文介绍了 C++ 中多线程的基本概念、API 和注意事项。多线程编程可以提高程序的执行效率，但需要谨慎使用，以确保线程安全。