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c++多线程编程
阅读量:4286 次
发布时间:2019-05-27

本文共 10892 字,大约阅读时间需要 36 分钟。

一直对多线程编程这一块很陌生,决定花一点时间整理一下。

os:ubuntu 10.04  c++

1.最基础,进程同时创建5个线程,各自调用同一个函数

    #include <iostream>

    #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5 //线程数
     
    void* say_hello( void* args )
    {
        cout << "hello..." << endl;
    } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, NULL ); //参数:创建的线程id,线程参数,线程运行函数的起始地址,运行函数的参数
            if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0
            {
                cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
            }
        }
        pthread_exit( NULL ); //等待各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束,线程处于未终止的状态
    }

输入命令:g++ -o muti_thread_test_1 muti_thread_test_1.cpp -lpthread

注意:

1)此为c++程序,故用g++来编译生成可执行文件,并且要调用处理多线程操作相关的静态链接库文件pthread。

2)-lpthread 编译选项到位置可任意,如g++ -lpthread -o muti_thread_test_1 muti_thread_test_1.cpp

3)注意gcc和g++的区别,转到此文:点击打开链接

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_1

    hello...hello...
    hello...
    hello...
     
    hello...

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_1

    hello...hello...hello...
     
    hello...
    hello...

可知,两次运行的结果会有差别,这不是多线程的特点吧?这显然没有同步?还有待进一步探索...

多线程的运行是混乱的,混乱就是正常?

2.线程调用到函数在一个类中,那必须将该函数声明为静态函数函数

因为静态成员函数属于静态全局区,线程可以共享这个区域,故可以各自调用。

    #include <iostream>

    #include <pthread.h>
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5
     
    class Hello
    {
    public:
        static void* say_hello( void* args )
        {
            cout << "hello..." << endl;
        }
    };
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS];
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, Hello::say_hello, NULL );
            if( ret != 0 )
            {
                cout << "pthread_create error:error_code" << ret << endl;
            }
        }
        pthread_exit( NULL );
    }

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_2

    hello...
    hello...
    hello...
    hello...
    hello...

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_2

    hello...hello...hello...
     
     
    hello...
    hello...

3.如何在线程调用函数时传入参数呢?

先看下面修改的代码,传入线程编号作为参数:

    #include <iostream>

    #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5 //线程数
     
    void* say_hello( void* args )
    {
        int i = *( (int*)args ); //对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针转变为整形指针,再用*读取其指向到内容
        cout << "hello in " << i <<  endl;
    } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id
        cout << "hello in main.." << endl;
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, (void*)&i ); //传入到参数必须强转为void*类型,即无类型指针,&i表示取i的地址,即指向i的指针
            cout << "Current pthread id = " << tids[i] << endl; //用tids数组打印创建的进程id信息
            if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0
            {
                cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
            }
        }
        pthread_exit( NULL ); //等待各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束,线程处于未终止的状态
    }

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_3

    hello in main..
    Current pthread id = 3078458224
    Current pthread id = 3070065520
    hello in hello in 2
    1
    Current pthread id = hello in 2
    3061672816
    Current pthread id = 3053280112
    hello in 4
    Current pthread id = hello in 4
    3044887408

显然不是想要的结果,调用顺序很乱,这是为什么呢?

这是因为多线程到缘故,主进程还没开始对i赋值,线程已经开始跑了...?

修改代码如下:

    #include <iostream>

    #include <pthread.h> //多线程相关操作头文件,可移植众多平台
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5 //线程数
     
    void* say_hello( void* args )
    {
        cout << "hello in thread " << *( (int *)args ) <<  endl;
    } //函数返回的是函数指针,便于后面作为参数
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS]; //线程id
        int indexes[NUM_THREADS]; //用来保存i的值避免被修改
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            indexes[i] = i;
            int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, say_hello, (void*)&(indexes[i]) );
            if( ret != 0 ) //创建线程成功返回0
            {
                cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
            }
        }
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
            pthread_join( tids[i], NULL ); //pthread_join用来等待一个线程的结束,是一个线程阻塞的函数
    }

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_3

    hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread 30124

这是正常的吗?感觉还是有问题...待续

代码中如果没有pthread_join主线程会很快结束从而使整个进程结束,从而使创建的线程没有机会开始执行就结束了。加入pthread_join后,主线程会一直等待直到等待的线程结束自己才结束,使创建的线程有机会执行。

4.线程创建时属性参数的设置pthread_attr_t及join功能的使用

线程的属性由结构体pthread_attr_t进行管理。

typedef struct

{
    int                           detachstate;     线程的分离状态
    int                          schedpolicy;   线程调度策略
    struct sched_param      schedparam;   线程的调度参数
    int inheritsched; 线程的继承性
    int scope; 线程的作用域
    size_t guardsize; 线程栈末尾的警戒缓冲区大小
    int stackaddr_set; void * stackaddr; 线程栈的位置
    size_t stacksize; 线程栈的大小
}pthread_attr_t;

    #include <iostream>

    #include <pthread.h>
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5
     
    void* say_hello( void* args )
    {
        cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;
        int status = 10 + *(( int * )args); //线程退出时添加退出的信息,status供主程序提取该线程的结束信息
        pthread_exit( ( void* )status );
    }
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS];
        int indexes[NUM_THREADS];
        
        pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数
        pthread_attr_init( &attr ); //初始化
        pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            indexes[i] = i;
            int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) );
            if( ret != 0 )
            {
            cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
        }
        }
        pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
        void *status;
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
        int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status
        if( ret != 0 )
        {
            cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;
        }
        else
        {
            cout << "pthread_join get status:" << (long)status << endl;
        }
        }
    }

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_4

    hello in thread hello in thread hello in thread hello in thread 0hello in thread 321
     
     
     
    4
    pthread_join get status:10
    pthread_join get status:11
    pthread_join get status:12
    pthread_join get status:13
    pthread_join get status:14

5.互斥锁的实现
互斥锁是实现线程同步的一种机制,只要在临界区前后对资源加锁就能阻塞其他进程的访问。

    #include <iostream>

    #include <pthread.h>
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS 5
     
    int sum = 0; //定义全局变量,让所有线程同时写,这样就需要锁机制
    pthread_mutex_t sum_mutex; //互斥锁
     
    void* say_hello( void* args )
    {
        cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;
        pthread_mutex_lock( &sum_mutex ); //先加锁,再修改sum的值,锁被占用就阻塞,直到拿到锁再修改sum;
        cout << "before sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
        sum += *( ( int* )args );
        cout << "after sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
        pthread_mutex_unlock( &sum_mutex ); //释放锁,供其他线程使用
        pthread_exit( 0 );
    }
    int main()
    {
        pthread_t tids[NUM_THREADS];
        int indexes[NUM_THREADS];
        
        pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数
        pthread_attr_init( &attr ); //初始化
        pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能
        pthread_mutex_init( &sum_mutex, NULL ); //对锁进行初始化    
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
            indexes[i] = i;
            int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) ); //5个进程同时去修改sum
            if( ret != 0 )
            {
            cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
        }
        }
        pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
        void *status;
        for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
        {
        int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status
        if( ret != 0 )
        {
            cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;
        }
        }
        cout << "finally sum is " << sum << endl;
        pthread_mutex_destroy( &sum_mutex ); //注销锁
    }

测试结果:

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_5

    hello in thread hello in thread hello in thread 410
    before sum is hello in thread 0 in thread 4
    after sum is 4 in thread 4hello in thread
     
     
    2
    3
    before sum is 4 in thread 1
    after sum is 5 in thread 1
    before sum is 5 in thread 0
    after sum is 5 in thread 0
    before sum is 5 in thread 2
    after sum is 7 in thread 2
    before sum is 7 in thread 3
    after sum is 10 in thread 3
    finally sum is 10

可知,sum的访问和修改顺序是正常的,这就达到了多线程的目的了,但是线程的运行顺序是混乱的,混乱就是正常?

6.信号量的实现

信号量是线程同步的另一种实现机制,信号量的操作有signal和wait,本例子采用条件信号变量pthread_cond_t tasks_cond;
信号量的实现也要给予锁机制。

    #include <iostream>

    #include <pthread.h>
    #include <stdio.h>
     
    using namespace std;
     
    #define BOUNDARY 5
     
    int tasks = 10;
    pthread_mutex_t tasks_mutex; //互斥锁
    pthread_cond_t tasks_cond; //条件信号变量,处理两个线程间的条件关系,当task>5,hello2处理,反之hello1处理,直到task减为0
     
    void* say_hello2( void* args )
    {
        pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id
        cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;
        
        bool is_signaled = false; //sign
        while(1)
        {
        pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁
        if( tasks > BOUNDARY )
        {
            cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;
             --tasks; //modify
        }
        else if( !is_signaled )
        {
            cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
            pthread_cond_signal( &tasks_cond ); //signal:向hello1发送信号,表明已经>5
            is_signaled = true; //表明信号已发送,退出此线程
        }
        pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁
        if( tasks == 0 )
            break;
        }    
    }
     
    void* say_hello1( void* args )
    {
        pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id
        cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;
        while(1)
        {
            pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁
            if( tasks > BOUNDARY )
            {
            cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
            pthread_cond_wait( &tasks_cond, &tasks_mutex ); //wait:等待信号量生效,接收到信号,向hello2发出信号,跳出wait,执行后续
            }
            else
            {
            cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;
                --tasks;
        }
            pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁
            if( tasks == 0 )
                break;
        }
    }
    int main()
    {
        pthread_attr_t attr; //线程属性结构体,创建线程时加入的参数
        pthread_attr_init( &attr ); //初始化
        pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数,这个参数表明这个线程是可以join连接的,join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事,实现了主程序和线程同步功能
        pthread_cond_init( &tasks_cond, NULL ); //初始化条件信号量
        pthread_mutex_init( &tasks_mutex, NULL ); //初始化互斥量
        pthread_t tid1, tid2; //保存两个线程id
        int index1 = 1;
        int ret = pthread_create( &tid1, &attr, say_hello1, ( void* )&index1 );
        if( ret != 0 )
        {
            cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
        }
        int index2 = 2;
        ret = pthread_create( &tid2, &attr, say_hello2, ( void* )&index2 );
        if( ret != 0 )
        {
            cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
        }
        pthread_join( tid1, NULL ); //连接两个线程
        pthread_join( tid2, NULL );
        pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
        pthread_mutex_destroy( &tasks_mutex ); //注销锁
        pthread_cond_destroy( &tasks_cond ); //正常退出
    }

测试结果:

先在线程2中执行say_hello2,再跳转到线程1中执行say_hello1,直到tasks减到0为止。

    wq@wq-desktop:~/coding/muti_thread$ ./muti_thread_test_6

    [3069823856] hello in thread 2
    [3078216560] hello in thread 1[3069823856] take task: 10 in thread 2
     
    [3069823856] take task: 9 in thread 2
    [3069823856] take task: 8 in thread 2
    [3069823856] take task: 7 in thread 2
    [3069823856] take task: 6 in thread 2
    [3069823856] pthread_cond_signal in thread 2
    [3078216560] take task: 5 in thread 1
    [3078216560] take task: 4 in thread 1
    [3078216560] take task: 3 in thread 1
    [3078216560] take task: 2 in thread 1
    [3078216560] take task: 1 in thread 1

到此,对多线程编程有了一个初步的了解,当然还有其他实现线程同步的机制,有待进一步探索。

————————————————
版权声明:本文为CSDN博主「hitwengqi」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/hitwengqi/article/details/8015646

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