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C++學習之線程詳解_C 語言

作者：一個熱愛學習的深度渣渣 ? 更新時間： 2021-12-03 編程語言

開篇

多線程是開發中必不可少的，往往我們需要多個任務并行，就需要多線程開發；就好比圖像檢測和圖像結果的處理，這就是一個可閉環的任務，用多線程是可以加速這個任務的；

線程的狀態

就緒態：線程能夠運行，正在等待處理機資源；

運行態：正在運行，可能有多個線程處于運行態；

阻塞態：線程由于等待某些條件而無法運行，例如IO、鎖、互斥量等；

終止態：線程從起始函數返回或被取消；

多線程的構建

有三種方式可以構建多線程，前提是都需要引入pthread.h這個頭文件；

1、函數；

2、仿函數；

3、Lambda表達式；

三者的本質都是在調用函數；

// 函數方式
void fun(string s){
    cout<< &s<<endl;
    cout<< "first thread programm"<<s<<endl;
}

int main(){
	string s = "Hell world";
	thread th = thread(fun, s);
	th.join();
}

上面代碼為最簡單線程的一個構造；

join函數是一個等待線程完成函數，主線程需要等待子線程運行結束才可以結束；還有一個detach的函數，會讓線程在后臺運行，需要等到程序退出才結束；

計算時間

計算時間在這里介紹兩種方式：

一、程序運行時間

long n =0;
clock_t start,finish;
start=clock();
while(n<1000000000)
	n++;
finish=clock();
printf("spend time %f s \n", (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC);
printf("spend time %f ms \n", (double)(finish-start)/1000);

這種方式和系統時間無關，一般用來調試時打印時間；

二、chrono

#include <chrono>

//方式三 chrono
std::chrono::system_clock::time_point Cstart = std::chrono::system_clock::now();    //系統時間
//    std::chrono::steady_clock::time_point Cstart = std::chrono::steady_clock::now();    //穩定時間

long n =0 ;
while(n<1000000000)n++;
std::chrono::system_clock::time_point Cend = std::chrono::system_clock::now();    //系統時間

std::chrono::duration<float> spend_time = Cend-Cstart;
cout<<spend_time.count()<<endl;

這個方式用系統時間進行計算，在實際程序中用這個方式；

共享資源和互斥鎖

關于互斥鎖的概念，引用這篇博主的講解：文章

引入互斥鎖原因：當有兩個線程共享一塊資源時，容易造成沖突，也就是上個線程還沒結束就進行下個線程，舉個例子就是讀寫操作，添加互斥鎖可以很好的解決這個沖突問題；

互斥鎖是個簡單的加鎖方法，互斥鎖只有兩種狀態：上鎖（lock）和解鎖（unlock）；

互斥鎖特點：

1、原子性：把一個互斥量鎖定為一個原子操作，這意味著如果一個線程鎖定了一個互斥量，沒有其他線程在同一時間可以成功鎖定這個互斥量；

2、唯一性：如果一個線程鎖定了一個互斥量，在它解除鎖定之前，沒有其他線程可以鎖定這個互斥量；

3、非繁忙等待：如果一個線程已經鎖定了一個互斥量，第二個線程又試圖去鎖定這個互斥量，則第二個線程將被掛起（不占用任何cpu資源），直到第一個線程解除對這個互斥量的鎖定為止，第二個線程則被喚醒并繼續執行，同時鎖定這個互斥量。

互斥鎖的使用：

mutex mtx;   //創建互斥鎖對象

mtx.lock();
g_pcm_elapseds.push_back(std::make_pair(pcm_data, elapsed));	// 執行語句
mtx.unlock();

condition_variable

condition_variable條件變量可以阻塞（wait）調用的線程直到使用（notify_one或notify_all）通知恢復為止

使用案例：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;


void print_thread_id(int id){
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck,[]{return ready;});
    std::cout<< "thread"<<id <<endl;
}

void go(){
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all();    // 喚醒所有線程
};


int main(){
    std::thread threads[10];
    for(int i=0;i<10;i++){
        threads[i] = std::thread(print_thread_id,i);
    }
    std::cout<< " thread read all done"<<endl;
    go();
    for(auto &th:threads) th.join();
    return 0;
}

線程池

作用：每一個任務都起一個線程，這樣的效率是不高的，起一個線程池，哪個線程空閑就來處理任務，這樣的結構高效；

實現思想：管理一個任務隊列，一個線程隊列，然后每次取一個任務隊列分配給一個線程去做，循環反復；

這里參考一個Github：地址

其中的ThreadPool.h頭文件寫的很好，可以直接使用；

總結

線程這部分涉及的知識點比較多，實現起來細節也多。本篇先對其中的概念部分進行總結，實戰代碼部分可參考我提供的文章進行學習。后續有精力會更新在線程的實戰，想要掌握線程還是需要從實戰中學習。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_40620310/article/details/121834841

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