《C++ Concurrency In Action》读书笔记 - 线程管理

文章目录

1. 如何创建一个线程
1. 1.1. 传参
2. 如何销毁一个线程
3. std::thread的所有权(owenership)
4. 如何控制线程数量
5. 线程ID

C++11标准中加入了对多线程编程的支持，主要添加了下面一些方面：

定义了内存模型
<thread>，引入std::thread来管理、控制线程。
<atomic>，原子操作相关类。
<mutex>，引入mutex，以及相关的类，用于锁等互斥操作。
<condition_variable>，引入condition_variable以及相关类，用于线程间同步。
<future>，引入future, promise以及相关的一些类，主要用于线程间同步和通信的一些机制。

这篇主要介绍对于线程管理的相关话题，对书中的内容进行总结并适当扩展。

如何创建一个线程
如何销毁一个线程
std::thread的所有权(owenership)
如何控制线程数量
线程ID

如何创建一个线程

1 2	template< class Function, class... Args > explicit thread( Function&& f, Args&&... args );

std::thread构造函数如上，它可以接受任何callable的类型，包括全局方法、成员方法、std::function、仿函数、lambda表达式等。并且后面可以带参数，用来传递给方法。

例子：


void func1() {}
class A {
public:
    void func2(){}
};

struct B {
public:
    void operator()() { }
};


    A obja;
    B objb;
    A obja;
    B objb;
    std::thread t1(func1);          //全局方法
    std::thread t2(&A::func2, obja);//成员方法
    std::thread t3(objb);           //functor
    std::thread t4([](){});         //lambda

注意事项：

std::thread对象一旦创建，线程马上就起来了，没有办法延迟启动。
std::thread一旦起来以后没有办法通过api它杀掉，除非通过native_handle拿到平台相关的线程句柄进行操作。这个非C++提供而是操作系统提供。

传参

启动线程的时候可以传递参数，传参的形式默认为拷贝，如果有类型转换则是在线程启动时进行。所以需要保证传递的参数不依赖于方法栈上的其他内存。

如果不满足于默认的按值拷贝，可以通过std::ref或std::move进行传引用或转成右值进行move操作。下面给出几个例子。


void pass_by_val(int i) {}
void pass_by_ref(int &i) {}
void pass_by_move(std::unique_ptr<big_obj> bigObj){}

    int i;
    std::thread t1(pass_by_val, i);
    std::thread t2(pass_by_ref, std::ref(i));
    std::thread t3(pass_by_move, std::make_unique<big_obj>());

注意事项：

std::ref 注意引用的生命周期和线程的生命周期的关系。

如何销毁一个线程

你没法销毁一个线程，你只能等它跑完或者让他在后台运行并且把其管理权移交给C++运行库。

下面介绍一组和线程结束相关的api：

bool jionable()：如果是默认线程(即std::thread t;)则是false。只要一个线程被join过一次以后则变为false，即使一个线程已经结束了，但是没有被join过，还是会返回true。
void join()。等待线程结束运行，一个线程只能被调用一次，如果在jioinable为false的情况下调用，会直接抛出std::system_error。
void detach()。将线程放到后台运行，并且将管理权转给C++运行库。

注意事项：

一个线程在析构前必须调用join或者detach来显示的处理它的生命周期，否则的话会析构时直接抛出异常。
join本身并非线程安全，如果多个线程在没有保护的情况下同时join同一个std::thread会undefined behavior

`std::thread`的所有权(owenership)

No two std::thread objects may represent the same thread of execution; std::thread is not CopyConstructible or CopyAssignable, although it is MoveConstructible and MoveAssignable.
http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/thread

std::thread 只能move不能被拷贝，所以如果想要把std::thread放进容器的话必须确保是右值。直接构造出来或者用std::move进行转换都可以。

比如下面这样：

void calc_something(int i){ std::cout << i; }

   std::vector<std::thread> thread_vec;
   for (int i = 0 ; i < 3; i++)
   {
       std::thread t(calc_something, i);
       thread_vec.push_back(std::move(t));                   // use std::move
       thread_vec.push_back(std::thread(calc_something, i)); // 直接构建为右值
       thread_vec.emplace_back(calc_something, i);           // 用emplace_back
   }
   
   for(auto & t : thread_vec)
   {
       if (t.joinable()) t.join();
   }

如何控制线程数量

线程数量并非越多越好，数量太多会导致CPU的频繁上下文切换，反而会适得其反。std::thread::hardware_concurrency静态方法可以获得。

Returns the number of concurrent threads supported by the implementation. The value should be considered only a hint.
http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/thread/hardware_concurrency

但是这个数量仅供参考，因为依赖于不同编译器和平台的实现。有可能会返回0，表示这个数量未定义，也就是说不知道在这个硬件上有多少个并发线程可以执行。

线程ID

通过 std::thread::id std::thraed::get_id()可以拿到一个线程的id。这个id主要的用途是用来打印log和作为关系容器的key。

std::map<std::thread::id, std::thread> thread_map;
for (int i = 0 ; i < 3; i++)
{
    std::thread t(calc_something, i);
    thread_map[t.get_id()] = std::move(t);
}

如何创建一个线程

传参

如何销毁一个线程

std::thread的所有权(owenership)

如何控制线程数量

线程ID

`std::thread`的所有权(owenership)