C++系列十：日常学习-多线程
TOC
介绍：
C++ 是一种支持多线程编程的编程语言，它提供了丰富的多线程支持来充分利用现代多核处理器的性能。
C++ 多线程编程通常使用标准库中的
理论：
常用的类：
stdthread 类，用于创建和管理线程等等
stdthis_thread 命名空间中的函数来处理线程的等待和分离等等
互斥锁（stdmutex）、条件变量（stdcondition_variable）和原子操作（std::atomic）线程池：
线程池是一种管理和复用线程的技术，以避免频繁创建和销毁线程。C++ 标准库中没有直接提供线程池的实现，但你可以使用第三方库或自己编写一个简单的线程池。请注意，多线程编程可能会引入一些复杂性和潜在的问题，如竞态条件和死锁。因此，确保充分理解多线程编程的概念和最佳实践，并使用适当的同步机制来确保线程安全是非常重要的。
案例：
std::thread:
join() //阻塞当前线程，直到目标线程执行完毕。
detach() //将线程分离，使其成为后台线程，不再受到 join() 的控制。
//创建互斥锁，并在访问共享资源之前进行锁定。
std::mutex mtx;
mtx.lock(); // 锁定互斥锁
// 访问共享资源
mtx.unlock(); // 解锁互斥锁
//自动管理锁的生命周期，以确保在离开作用域时自动释放锁。
std::mutex mtx;
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动锁定和解锁
// 访问共享资源
} // 离开作用域时自动解锁
//条件变量用于在线程之间进行通信和同步。它们允许一个线程等待另一个线程发出的通知，以执行某些操作。
std::condition_variable cv;
// 线程1等待通知
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock); // 阻塞线程1，直到收到通知
// 线程2发送通知
cv.notify_one(); // 通知线程1
//原子操作：
std::atomic<int> counter(0);
counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // 原子递增操作
//案例1：
#include <iostream>
#include <thread>
void myFunction() {
// 线程1执行的代码
}
void myFunction1(int value) {
// 线程2执行的代码
}
int main() {
std::thread t1(myFunction); // 创建新线程并启动
std::thread t2(myFunction1，100); // 创建新线程并启动
t1.join(); // 等待线程完成
t2.join(); // 等待线程完成
return 0;
}
//案例2：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void myFunction(int& counter) {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 使用互斥锁保护共享资源
counter++;
}
}
int main() {
int counter = 0;
std::thread t1(myFunction, std::ref(counter));
std::thread t2(myFunction, std::ref(counter));
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;//Counter: 2000
return 0;
}
生产者-消费者问题：
这就有意思多了，多看多吸收，多悟
不理解得就多问问Chatjpt。
//一对一：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::queue<int> buffer;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
void producer() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
// 锁定互斥锁以保护共享资源
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
buffer.push(i);
std::cout << "Produced: " << i << std::endl;
}
// 通知消费者线程有新数据可用
cv.notify_one();
}
}
void consumer() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
// 锁定互斥锁，等待条件变量通知
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return !buffer.empty(); });
// 消费数据
int data = buffer.front();
buffer.pop();
// 解锁互斥锁
lock.unlock();
std::cout << "Consumed: " << data << std::endl;
}
}
int main() {
std::thread producerThread(producer);
std::thread consumerThread(consumer);
producerThread.join();
consumerThread.join();
return 0;
}
//一对多：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <vector>
std::queue<int> buffer;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
const int numProducers = 3; // 多个生产者线程
void producer(int id) {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
int data = id * 100 + i;
buffer.push(data);
std::cout << "Producer " << id << " produced: " << data << std::endl;
}
cv.notify_one();
}
}
void consumer() {
for (int i = 0; i < 15; ++i) { // 总共消费 15 个数据项
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return !buffer.empty(); }); // 等待缓冲区非空
int data = buffer.front();
buffer.pop();
lock.unlock();
std::cout << "Consumer consumed: " << data << std::endl;
}
}
int main() {
std::vector<std::thread> producerThreads;
for (int i = 0; i < numProducers; ++i) {
producerThreads.push_back(std::thread(producer, i));
}
std::thread consumerThread(consumer);
for (std::thread& thread : producerThreads) {
thread.join();
}
consumerThread.join();
return 0;
}
//多对多
#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <vector>
std::queue<int> buffer; // 缓冲区队列
std::mutex mtx; // 互斥锁，用于保护共享资源
std::condition_variable cv; // 条件变量，用于线程间通信
const int numProducers = 2; // 多个生产者线程
const int numConsumers = 2; // 多个消费者线程
const int bufferSize = 10; // 缓冲区大小
void producer(int id) {
for (int i = 0; i < 5; ++i) { // 生产者每个生成 5 个数据项
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待缓冲区有空间可用
cv.wait(lock, []{ return buffer.size() < bufferSize; });
int data = id * 100 + i;
buffer.push(data);
std::cout << "Producer " << id << " produced: " << data << std::endl;
}
cv.notify_all(); // 通知所有等待的线程
}
}
void consumer(int id) {
for (int i = 0; i < 5; ++i) { // 消费者每个消费 5 个数据项
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待缓冲区非空
cv.wait(lock, []{ return !buffer.empty(); });
int data = buffer.front();
buffer.pop();
lock.unlock(); // 解锁互斥锁，允许其他线程进入临界区
std::cout << "Consumer " << id << " consumed: " << data << std::endl;
}
cv.notify_all(); // 通知所有等待的线程
}
}
int main() {
std::vector<std::thread> producerThreads;
std::vector<std::thread> consumerThreads;
for (int i = 0; i < numProducers; ++i) {
// 创建生产者线程，并传递唯一的标识符 i
producerThreads.push_back(std::thread(producer, i));
}
for (int i = 0; i < numConsumers; ++i) {
// 创建消费者线程，并传递唯一的标识符 i
consumerThreads.push_back(std::thread(consumer, i));
}
for (std::thread& thread : producerThreads) {
thread.join(); // 等待生产者线程结束
}
for (std::thread& thread : consumerThreads) {
thread.join(); // 等待消费者线程结束
}
return 0;
}