C++多线程开发之互斥锁
C++多线程开发之互斥锁
C++多线程开发之互斥锁
本文中的所有代码见《C++那些事》仓库。
https://github.com/Light-City/CPlusPlusThings
1.理解线程与进程
线程是调度的基本单位 进程是资源分配的基本单位。可以把一个程序理解为进程，进程又包含多个线程。
例如：浏览器是个进程，而每开一个tab就是一个线程。
两者简单区别：
- 地址空间和其它资源：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
- 通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
- 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
- 在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
至于IPC通信与线程通信后面会新开一篇文章。
2.五种创建线程的方式
- 函数指针
- Lambda函数吧
- Functor(仿函数)
- 非静态成员函数
- 静态成员函数
2.1 函数指针
// 1.函数指针
void fun(int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
}
// 调用
std::thread t1(fun, 10);
t1.join();
2.2 Lambda函数
// 注意：如果我们创建多线程 并不会保证哪一个先开始
int main() {
// 2.Lambda函数
auto fun = [](int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
};
// std::1.thread t1(fun, 10);
// 也可以写成下面：
std::thread t1_1([](int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
}, 11);
// std::1.thread t2(fun, 10);
// t1.join();
t1_1.join();
// t2.join();
return 0;
}
2.3 仿函数
// 3.functor (Funciton Object)
class Base {
public:
void operator()(int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
}
};
// 调用
thread t(Base(), 10);
t.join();
2.4 非静态成员函数
// 4.Non-static member function
class Base {
public:
void fun(int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
}
};
// 调用
thread t(&Base::fun,&b, 10);
t.join();
2.5 静态成员函数
// 4.Non-static member function
class Base {
public:
static void fun(int x) {
while (x-- > 0) {
cout << x << endl;
}
}
};
// 调用
thread t(&Base::fun, 10);
t.join();
3.join与detach
3.1 join
- 一旦线程开始，我们要想等待线程完成，需要在该对象上调用join()
- 双重join将导致程序终止
- 在join之前我们应该检查显示是否可以被join,通过使用joinable()
void run(int count) {
while (count-- > 0) {
cout << count << endl;
}
std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
}
int main() {
thread t1(run, 10);
cout << "main()" << endl;
t1.join();
if (t1.joinable()) {
t1.join();
}
cout << "main() after" << endl;
return 0;
}
3.2 detach
- 这用于从父线程分离新创建的线程
- 在分离线程之前，请务必检查它是否可以joinable，否则可能会导致两次分离，并且双重detach()将导致程序终止
- 如果我们有分离的线程并且main函数正在返回，那么分离的线程执行将被挂起
void run(int count) {
while (count-- > 0) {
cout << count << endl;
}
std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
}
int main() {
thread t1(run, 10);
cout << "main()" << endl;
t1.detach();
if(t1.joinable())
t1.detach();
cout << "main() after" << endl;
return 0;
4.临界区与互斥量
4.1 什么是临界区(Critical Sections)？
临界段是一段代码，如果要使程序正确运行，一次只能由一个线程执行。如果两个线程(或进程)同时执行临界区内的代码，则程序可能不再具有正确的行为。
4.2 只是增加一个变量是临界区吗?
可能是吧。
增加变量（i ++）的过程分三个步骤：
- 将内存内容复制到CPU寄存器。load
- 在CPU中增加该值。increment
- 将新值存储在内存中。store
如果只能通过一个线程访问该内存位置（例如下面的变量i），则不会出现争用情况，也没有与i关联的临界区。但是sum变量是一个全局变量，可以通过两个线程进行访问。两个线程可能会尝试同时增加变量。
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
using namespace std;
int sum = 0; //shared
mutex m;
void *countgold() {
int i; //local to each thread
for (i = 0; i < 10000000; i++) {
sum += 1;
}
return NULL;
}
int main() {
thread t1(countgold);
thread t2(countgold);
//Wait for both threads to finish
t1.join();
t2.join();
cout << "sum = " << sum << endl;
return 0;
}
上面代码的典型输出是sum总和为20000000。由于存在竞争条件，每次运行程序都会打印不同的总和。该代码不会阻止两个线程同时读写总和。例如，两个线程都将sum的当前值复制到运行每个线程的CPU中（让我们选择123）。两个线程都将一个递增到自己的副本。两个线程都写回该值（124）。如果线程在不同时间访问了总和，则计数将为125。
4.3 如何确保一次只有一个线程可以访问全局变量?
如果一个线程当前处于临界区，我们希望另一个线程等待，直到第一个线程完成。为此，我们可以使用互斥锁(互斥的缩写)。
互斥锁形象比喻：
一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
m.lock();
sum += 1;
m.unlock();
上述代码就可以正常输出：sum = 20000000。
参考资料
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html?utm_source=com.ideashower.readitlater.pro&utm_medium=social&utm_oi=35626384621568
https://www.youtube.com/watch?v=eZ8yKZo-PGw&list=PLk6CEY9XxSIAeK-EAh3hB4fgNvYkYmghp&index=4