跟我一起用C++实现Java Thread库（一）

本文适合对多线程Thread原理比较感兴趣的同学阅读，需要具备一定的C++和Java编程知识。

一、背景

最近学习Java多线程编程，发现Java标准库中的java.lang.Thread接口定义十分友好简洁，使用起来十分方便。不禁想起之前用C/C++写多线程时的烦恼，总会写一些pthread_*函数。于是萌生了这个念头，希望用C++实现一套类似Java Thread的库，简化以后的C++多线程开发。

二、C++ Thread用法

为了最大化地接近java.lang.Thread，同时方便Java开发者快速学习C++ Thread库，本库在使用上与Java完全一致，示例代码为：

#include <iostream>#include <unistd.h>#include <Thread.h>class SimpleThread: public Thread{public:    virtual void run()    {        Thread::run();        std::cout << "I am a Thread\n";        sleep(2);    }    ~SimpleThread()    {        std::cout << "I can free myself\n";    }};int main(int argc, char* argv[]){    SimpleThread *thread = new SimpleThread;    thread->start();    return 0;}

正如你所见，Thread类使用起来十分简洁。你只需要包含Thread.h文件,然后按照Java Thread的用法编写多线程程序就可以了。

代码地址在https://github.com/xhjcehust/Thread.git，文件目录结构为：

.|-- src|   |-- Alias.h|   |-- Exception|   |   |-- BaseException.h|   |   |-- IllegalArgumentException.h|   |   |-- IllegalThreadStateException.h|   |   `-- ThreadCreateFailedException.h|   |-- Makefile|   |-- RefCountable.h|   |-- Runnable.cpp|   |-- Runnable.h|   |-- RunnablePtr.h|   |-- Thread.cpp|   |-- Thread.h|   |-- ThreadEntry.cpp|   |-- ThreadEntry.h|   |-- UnCopyable.h|   |-- _Runnable.h|   `-- _Thread.h`-- test    |-- Makefile    |-- RunnableTest.cpp    |-- SimpleThreadTest.cpp    `-- SyncTest.cpp

使用之前，先进入src文件夹编译生成静态Thread库：

git clone https://github.com/xhjcehust/Thread.gitcd Thread/srcmake

然后编译链接自己的main文件，以上述SimpleThreadTest.cpp文件为例，对应的编译命令为：

g++ -I ../src -o SimpleThreadTest SimpleThreadTest.cpp ../src/Thread.a -lpthread

生成SimpleTest可执行文件，运行效果为：

三、C++ Thread实现

在上面的示例中，我们发现两件有意思的事情：

• 动态申请的SimpleThread实例不需要释放，内存泄漏？No~

• 没有pthread_join，主线程为何会等到子线程sleep 2s退出才退出？

先看下Thread库的框架构成：

是的，你没看错，Thread.a调用了你所写的main函数！！！在最后编译生成的文件之中，Main函数事实上被重命名为__Main函数，真正地main函数隐藏在Thread.a之中。这种设计在开发者无感知的情况下将其编写的main函数作为Thread.a的一个模块来执行，其优点在于：

• 接管main函数所代表的主线程，在main函数执行之后实现资源的清理工作，如join等待子线程执行完成

• 捕获主线程执行过程中的异常，确保进程不会因为主线程的异常导致其他线程停止

但是，也给开发者带来了一点限制：main函数的声明的格式为：

int main(int argc, char* argv[])

但事实上，这种声明是普遍适用的声明方式，有利于规范平时的编程习惯。 另外，__Main这个符号已经被Thread库所使用，在编写的main文件中也不能使用这个符号，需要重定义。

细心的读者可能发现，示例之中的Thread对象通过new申请堆上内存，而不是栈上分配。主要原因在于C++栈上对象的生命周期在退栈时销毁，而线程内需要引用Thread对象，因此，Thread库限制只能在堆上构造对象，栈上构造会编译出错。

至于SimpleThread实例不需要主动释放这点，在子线程执行完之后，Thread库会自动释放线程申请的Thread对象资源。

四、C++ Thread开发进度

到目前为止，Thread库实现的功能包括：

• 基础Thread类和Runnable类功能

• synchronize同步语句块功能

后续需要开发的功能包括：

• 线程停止，暂停，信号等

• Thread线程间通信互斥机制

• 支持线程组等特性。

• ....

项目地址：https://github.com/xhjcehust/Thread.git如果觉得不错，欢迎fork或star，实时跟踪最新开发进度~

想要获取更多干货？欢迎订阅微信公众号----软件编程之路