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"C++多线程编程——深入理解Thread技术"

2023-07-04 21:28:56 深夜i -- --

C++ 多线程编程 Thread技术深入理解技术学习

C++多线程编程是当今软件开发中非常重要的一项技术，可谓一枝独秀。多线程编程可以提高程序的并发性和响应性，从而提升用户体验。本文将深入讲解C++中的Thread技术，以帮助读者更好地理解和掌握这一技术。

首先，Thread是C++11标准库中提供的一个多线程库，包含在头文件中。它提供了以下几个重要的类：

1. thread类：表示一个线程，可以创建一个新的线程并启动它。

2. mutex类：提供了互斥锁，用于控制多个线程对共享资源的访问。

3. condition_variable类：提供了条件变量，用于线程间的通讯和同步。

下面我们将围绕这三个类展开讲解。

（1）thread类

thread类是C++多线程编程中最基本的类之一，它可以创建一个新的线程并启动它。举个例子，下面的代码就创建了一个新线程并启动它：


#include <iostream>
#include <thread>
void print_hello()
  std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
int main() {
  std::thread t(print_hello);
  t.join();
  return 0;
}

上面的代码中，我们定义了一个print_hello函数，这个函数将在新的线程中执行。然后我们创建了一个名为t的线程，并将print_hello函数作为参数传递给它。最后，我们调用了t.join()，等待这个线程执行完毕后再继续执行主线程。

需要注意的是，在调用t.join()之前一定要确保线程已经执行完成，否则会导致程序崩溃。

（2）mutex类

mutex类提供了互斥锁，用于控制多个线程对共享资源的访问。互斥锁保证同一时间只有一个线程能够访问共享资源，从而避免了竞态条件和数据竞争的问题。

举个例子，下面的代码展示了如何使用mutex来保护共享资源：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex g_mutex;
int g_count = 0;
void increase_count() {
  g_mutex.lock();
  g_count++;
  g_mutex.unlock();
}
int main() {
  std::thread t1(increase_count);
  std::thread t2(increase_count);
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "g_count is " << g_count << std::endl;
  return 0;
}

上面的代码中，我们定义了一个名为g_mutex的互斥锁和一个名为g_count的共享资源。然后我们创建了两个线程t1和t2，并将它们都关联到increase_count函数中。

在increase_count函数中，我们首先调用g_mutex.lock()获取锁，然后对g_count进行累加操作，最后调用g_mutex.unlock()释放锁。

（3）condition_variable类

condition_variable类提供了条件变量，用于线程间的通讯和同步。条件变量通常与互斥锁一起使用，以实现等待某些条件的线程被唤醒。

举个例子，下面的代码展示了如何使用condition_variable来让一个线程等待另一个线程的完成：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex g_mutex;
std::condition_variable g_cv;
bool g_ready = false;
void thread_func() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
  while (!g_ready) {
    g_cv.wait(lock);
  }
  std::cout << "Thread is ready!" << std::endl;
}
int main() {
  std::thread t(thread_func);
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
    g_ready = true;
  }
  g_cv.notify_all();
  t.join();
  return 0;
}

上面的代码中，我们定义了一个名为g_cv的条件变量和一个名为g_ready的线程间共享标记。然后我们创建了一个新线程t，并将它关联到thread_func函数中。

在thread_func函数中，我们首先获取了g_mutex的独占锁，然后判断g_ready的值是否为false，如果是，就调用g_cv.wait()函数等待条件变量被唤醒。等待期间，线程会释放g_mutex的锁。当条件变量被唤醒后，线程又会重新获取g_mutex的锁，并继续执行。

在主线程中，我们首先创建了一个lock_guard对象，它会在构造函数中自动获取g_mutex的锁，并在析构函数中自动释放锁。然后我们将g_ready的值设为true，并调用g_cv.notify_all()函数唤醒等待在g_cv上的所有线程。

综上所述，C++多线程编程中的Thread技术是一项非常重要的技术，它可以提高程序的并发性和响应性，从而提升用户体验。本文详细讲解了C++中的三个重要类：thread、mutex和condition_variable，希望读者可以通过阅读本文更好地理解和掌握这一技术。

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