C++11 线程初步理解
标准库的扩充: 语言级线程支持
std::thread
std::thread 用于创建一个执行的线程实例,所以它是一切并发编程的基础,使用时需要包含头文件,它提供了很多基本的线程操作,例如get_id()来获取所创建线程的线程 ID,例如使用join()来加入一个线程等等
std::mutex/std::unique_lock
std::mutex 是 C++11 中最基本的 mutex 类,通过实例化 std::mutex 可以创建互斥量,而通过其成员函数 lock() 可以仅此能上锁,unlock() 可以进行解锁。但是在在实际编写代码的过程中,最好不去直接调用成员函数,因为调用成员函数就需要在每个临界区的出口处调用 unlock(),当然,还包括异常。这时候 C++11 还为互斥量提供了一个 RAII 语法的模板类std::lock_gurad。RAII 在不失代码简洁性的同时,很好的保证了代码的异常安全性。在 RAII 用法下,对于临界区的互斥量的创建只需要在作用域的开始部分。
由于 C++保证了所有栈对象在声明周期结束时会被销毁,所以这样的代码也是异常安全的。无论 some_operation() 正常返回、还是在中途抛出异常,都会引发堆栈回退,也就自动调用了 unlock()。而 std::unique_lock 则相对于 std::lock_guard 出现的,std::unique_lock 更加灵活,std::unique_lock 的对象会以独占所有权(没有其他的 unique_lock 对象同时拥有某个 mutex 对象的所有权)的方式管理 mutex 对象上的上锁和解锁的操作。所以在并发编程中,推荐使用 std::unique_lock
std::future/std::packaged_task
std::future则是提供了一个访问异步操作结果的途径,这句话很不好理解。为了理解这个特性,我们需要先理解一下在 C++11之前的多线程行为。
试想,如果我们的主线程 A 希望新开辟一个线程 B 去执行某个我们预期的任务,并返回我一个结果。而这时候,线程 A 可能正在忙其他的事情,无暇顾及 B 的结果,所以我们会很自然的希望能够在某个特定的时间获得线程 B 的结果。
在 C++11 的std::future被引入之前,通常的做法是:创建一个线程A,在线程A里启动任务 B,当准备完毕后发送一个事件,并将结果保存在全局变量中。而主函数线程 A 里正在做其他的事情,当需要结果的时候,调用一个线程等待函数来获得执行的结果。
而 C++11 提供的std::future简化了这个流程,可以用来获取异步任务的结果。自然地,我们很容易能够想象到把它作为一种简单的线程同步手段。
此外,std::packaged_task可以用来封装任何可以调用的目标,从而用于实现异步的调用。
std::condition_variable
std::condition_variable 是为了解决死锁而生的。当互斥操作不够用而引入的。比如,线程可能需要等待某个条件为真才能继续执行,而一个忙等待循环中可能会导致所有其他线程都无法进入临界区使得条件为真时,就会发生死锁。所以,condition_variable 实例被创建出现主要就是用于唤醒等待线程从而避免死锁。std::condition_variable的 notify_one() 用于唤醒一个线程;notify_all() 则是通知所有线程。