C++之多线程（multi-thread）
理论基础
多线程编程是C++中一个重要而复杂的主题。下面是一些建议和步骤，帮助你入门多线程编程：
-
了解基础概念：
线程和进程： 理解线程和进程的基本概念。
并发和并行： 区分并发和并行的概念，了解它们在多线程编程中的应用。 -
学习C++11及以后的线程支持：
C++11 引入了对多线程编程的支持，包括 std::thread 类等。
学习如何创建、加入和分离线程。
#include <iostream>
#include <thread>
void myFunction() {
// 线程执行的函数
std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}
int main() {
// 创建线程并执行函数
std::thread myThread(myFunction);
// 等待线程结束
myThread.join();
return 0;
}
-
理解线程同步和互斥：
互斥锁（Mutex）： 学习如何使用 std::mutex 来保护共享资源，防止多个线程同时访问。
条件变量（Condition Variable）： 了解如何使用 std::condition_variable 实现线程间的协同。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void worker() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return ready; });
// 线程执行的任务
std::cout << "Worker thread is done." << std::endl;
}
int main() {
std::thread myThread(worker);
// 准备工作完成后通知线程
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
ready = true;
}
cv.notify_one();
myThread.join();
return 0;
}
-
学习原子操作：
原子操作： 了解如何使用 std::atomic 类型来进行原子操作，避免数据竞争。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
std::atomic<int> counter(0);
void increment() {
for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
counter++;
}
}
int main() {
std::thread t1(increment);
std::thread t2(increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Counter value: " << counter << std::endl;
return 0;
}
-
阅读相关书籍和资料：
《C++ Concurrency in Action》（作者：Anthony Williams）：深入讲解C++中的并发编程。
C++ Multithreading：一个较为详细的在线教程。 -
实践多线程编程：
尝试编写简单的多线程程序，理解线程之间的交互和共享资源的问题。
解决一些典型的多线程问题，例如生产者-消费者问题等。 -
进一步学习：
了解更高级的主题，如并行算法、任务调度等。
探索C++标准库中与并发相关的其他组件，如 std::async、std::future 等。
最后的测试实例
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;
std::mutex mtx; // 互斥锁，用于保护共享资源
int sum = 0; // 共享资源，存储数组的和
// 计算数组的和的函数
void calculateSum(const std::vector<int>& numbers, int start, int end) {
int localSum = 0;
for (int i = start; i < end; ++i) {
localSum += numbers[i];
cout << "numbers =" << numbers[i] << endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
}
// 使用互斥锁保护对共享资源的访问
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
sum += localSum;
cout << "sum =" << sum << endl;
}
int main() {
// 创建一个包含整数的数组
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
// 定义线程的数量
const int numThreads = 2;
// 计算每个线程的工作量
const int chunkSize = numbers.size() / numThreads;
// 创建线程数组
std::vector<std::thread> threads;
// 启动线程
for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
int start = i * chunkSize;
int end = (i == numThreads - 1) ? numbers.size() : (i + 1) * chunkSize;
threads.emplace_back(calculateSum, std::ref(numbers), start, end);
cout << "num threads" << i << endl;
}
// 等待所有线程完成
for (auto& thread : threads) {
thread.join();
}
// 输出最终的结果
std::cout << "Sum of the array: " << sum << std::endl;
return 0;
}