c++11 线程：让你的多线程任务更轻松

来源：互联网发布：dns 端口号编辑：程序博客网时间：2024/05/18 20:36

英文原文：C++ 11 Threading: Make your (multitasking) life easier

介绍

本文旨在帮助有经验的Win32程序员来了解c++ 11线程库及同步对象和 Win32线程及同步对象之间的区别和相似之处。

在Win32中，所有的同步对象句柄（HANDLE）是全局句柄.它们可以被共享，甚至可以在进程间复制。在C++11中，所有的同步对象都是栈（stack）对象，这意味着它们必须是可“分离（detached）”的（如果支持“分离”的话）以便能够被栈框架（stack frame）所析构。如果大量对象应该分离而你没有，那么它们便会无法实现自己的行动，而毁掉你的原本计划。(译者注：在pthread中，线程有joinable和unjoinable之分，具有joinable的线程在线程结束时，不会清空该线程所占用的栈空间，通常的做法是在pthrea_create创建线程后，再调用pthread_join（有点waitforsingleobject的意思）才会清空，而unjoinable的属性的线程在线程结束时，就会自动清空所占用空间)

所有的c++11同步对象都有一个native_handle()成员，它返回具体实现句柄（在win32，它就是一个handle）

在我的所有例子，我给出了win32伪代码。祝你愉快！

背景知识

ox0000000.木有 :D。我也是c++11线程的新手。你需要自己去了解win32同步相关知识。这里可能不是合适的同步技术的教程，而是一个C++11机制的快速引导，以便对你所指定的计划有所帮助。

简单成就完美

一个简单例子：启动一个线程，然后等它结束:

1voidfoo()
2  {
3  }
4void func()
5  {
6  std::thread t(foo); // Starts. Equal to CreateThread.
7  t.join();  // Equal to WaitForSingleObject to the thread handle.
8  }

与win32线程不同，你可以在这里传递参数:

1void foo(int x,inty)
2  {
3  // x = 4, y = 5.
4  }
5void func()
6  {
7  std::thread t(foo,4,5); // Acceptable.
8  t.join(); 
9  }

这样，通过传递‘this’指针给std::thread让成员函数成为一个线程，变成了一件很简单的事情.如果std::thread得以析构，而你没有调用join(),它将会异常终止。脱离c++封装运行线程：

1voidfoo()
2  {
3  }
4void func()
5  {
6      std::threadt(foo);
7      // 在这里已经调用了detach方法，c++对象从win32对象中脱离出来，如果此时还调用join方法，就会抛出std::system_error()
8      t.detach();
9  }

除了join(),detach()方法，还有joinable(),get_id(),sleep_for(),sleep_until().它们都是自解释的，很好理解。

使用互斥（Mutex）

std::mutex与win32的临界区（cirtical section）很类似。lock()如同EnterCriticalSection，unlock如同LeaveCriticalSection，try_lock则像TryEnterCriticalSection。

01std::mutex m;
02int j = 0;
03voidfoo()
04  {
05  m.lock();        // 进入临界区域
06  j++;
07  m.unlock();      // 离开
08  }
09void func()
10  {
11  std::threadt1(foo);
12  std::threadt2(foo);
13  t1.join();
14  t2.join();
15 // j = 2;
16}

如上，你在lock一个 std::mutex 对象之后必须解锁（unlock）。如果你已经对其加锁，你不能再次lock。这与win32 不同，如果你已经在临界区（critical section）里，再次 EnterCriticalSection不会失败，但是会增加一个计数。

嗨，不要走开哦。前面提到不能对std::mutex重复lock。这里有std::recursive_mutex（谁发明的这名字），它的行为则与临界区（critical section）相似，可以重复lock。

1std::recursive_mutex m;
2voidfoo()
3  {
4  m.lock();
5  m.lock(); // now valid
6  j++;
7  m.unlock();
8  m.unlock(); // don't forget!
9  }

此外，还有 std::timed_mutex， std::recursive_timed_mutex，他们提供 try_lock_for/ try_lock_until方法，允许你等待一个lock，直到超时，或者达到定义的时间。

C++11 Thread的线程本地存储（Thread Local Storage）

与TLS(thread local storage)类似,该功能允许你声明一个带有thread_local的声明符的变量。这意味着，每一个线程都有自己的该全局变量的实例（instance），该实例的变量名就是全局变量名称。

以前：

01int j = 0;
02voidfoo()
03  {
04  m.lock();
05  j++;
06  m.unlock();
07  }
08void func()
09  {
10  j = 0;
11  std::threadt1(foo);
12  std::threadt2(foo);
13  t1.join();
14  t2.join();
15 // j = 2;
16}

现在我们看：

01thread_local int j = 0;
02voidfoo()
03  {
04  m.lock();
05  j++; // j is now 1, no matter the thread. j is local to this thread.
06  m.unlock();
07  }
08void func()
09  {
10  j = 0;
11  std::threadt1(foo);
12  std::threadt2(foo);
13  t1.join();
14  t2.join();
15 // j still 0. The other "j"s were local to the threads
16}

然而，Visual Studio还不支持 tls（我想这里的tls应该是c++11 thread的tls）

神秘的变量

条件变量（Conditional variables）是能够使线程等待特定条件的对象。在window系统里，这些对象属于用户模式（usr-mode），因而不能被其他进程所共享。在window系统，条件变量与临界区（critical section）有关，用来获取或者释放一个锁。std::condition_variable与std::mutex联用，也是这个原因。

01std::condition_variable c;
02// 我们使用mutex而不是recursive_mutex是因为该锁需要一次性获取和释放
03std::mutex mu; // We use a mutex rather than a recursive_mutex because the lock has to be acquired only and exactly once.
04voidfoo5()
05{
06   std::unique_lock lock(mu); // Lock the mutex
07   c.notify_one(); // WakeConditionVariable. It also releases the unique lock  等待条件变量，它也会释放unque lock
08}
09void func5()
10{
11   std::unique_lock lock(mu); // Lock the mutex
12   std::threadt1(foo5);
13   // 等价与SleepConditionVariableCS，它解锁mutex 变量nu，并允许foo5来加锁
14   c.wait(lock); // Equal to SleepConditionVariableCS. This unlocks the mutex mu and allows foo5 to lock it
15   t1.join();
16}

这并不像看上去那么简单。c.wait() 可能会返回，即使c.notify_one()没有被调用（已知的这种情况是spurious wakeup- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms686301(v=vs.85).aspx）。通常，在Vista及以上操作系统，条件变量才被支持。

怪兽狂殴奥特曼
翻译于 11天前

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未来的承诺

设想这样的情况，你希望一个线程做一些事情，然后返回你一个结果。同时，你在做一些其他的工作，该工作也许会也许不会花费你一点时间。你希望在某个特定的时间获取那个线程的结果。

在win32中，你可以这样

用CreateThread启动线程
在线程里，启动任务，当准备完毕后发送一个事件（event），并把结果放在全局变量里。
在主函数里（main）做其它的事情，然后在你想要结果的地方，调用WaitForSingleObject

在c++11，这个可以轻松被std::future实现，然后返回任何类型，因为它是一个模板。

01int GetMyAnswer()
02   {
03   return 10;
04   }
05int main()
06  {
07  std::future<int> GetAnAnswer = std::async(GetMyAnswer);  // GetMyAnswer starts background execution
08  intanswer = GetAnAnswer.get(); // answer = 10;
09  // If GetMyAnswer has finished, this call returns immediately.
10  // If not, it waits for the thread to finish.
11  }

你也可以使用 std::promise。该对象可以提供一些 std::future以后需求的特性。如果在任何东西放入承诺（promise）之前你调用 std::future::get(),将会导致等待，直到承诺值（promised value）出现。如果std::promise::set_exception()被调用， std::future::get()则会抛出异常。如果 std::promise销毁了，而你调用std::future::get()，你将会产生 broken_promise 异常。

01std::promise<int> sex;
02void foo()
03  {
04  // do stuff
05  // 在下面的调用之后，future::get()将会返回该值
06  sex.set_value(1); // After this call, future::get() will return this value.
07     
08  // 调用之后，future::get()将会抛出这个异常
09  sex.set_exception(std::make_exception_ptr(std::runtime_error("TEST")));
10  }
11int main()
12  {
13  future<int> makesex = sex.get_future();
14  std::thread t(foo);
15   
16  // do stuff
17  try
18    {
19    makesex.get();
20    hurray();
21    }
22  catch(...)
23    {
24    // She dumped us :(
25    }
26  }

代码

附上的代码包含所有上述我的所述。可以在visualstudio 2012 CTP版本的编译器下编译成功（除了tls机制）。（代码地址：http://www.codeproject.com/KB/cpp/540912/c11threads.zip）

还有什么

还有很多值得包括的事情，如：

信号量（Semaphores）
命名对象（Named objects）
进程共享对象（Shareable objects across processes.）
...

你应该做什么呢？通常当编写新的代码，如果足够适用，尽量选择C++标准。对于已存在的代码，我尽量保持使用win32调用，当需要移植它们到另外的平台，我则会用c++11函数来实现CreateThread、SetEvent 等等。

祝你好运！

转自：http://www.oschina.net/translate/cplusplus-11-threading-make-your-multitasking-life?from=20130215