《C++併發編程實戰》讀書筆記(1):線程管控

来源:https://www.cnblogs.com/moonzzz/archive/2023/09/02/17668338.html
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## 1、線程的基本管控 包含頭文件``後,通過構建`std::thread`對象啟動線程,任何可調用類型都適用於`std::thread`。 ```c++ void do_some_work(); struct BackgroundTask { void operator()() const; } ...


1、線程的基本管控

包含頭文件<thread>後,通過構建std::thread對象啟動線程,任何可調用類型都適用於std::thread

void do_some_work();

struct BackgroundTask
{
    void operator()() const;
};

//空的thread對象,不接管任何線程函數
std::thread t1;

//傳入普通函數
std::thread t2(do_some_work);

//傳入lambda函數
std::thread t3([]() { /*do something*/ });

//傳入可調用對象
BackgroundTask task;
std::thread t4(task);
//不能使用std::thread t4(BackgroundTask()),雖然本意是傳入臨時變數,但這會被編譯器解釋成函數聲明。多用一對圓括弧或者使用列表初始化可以解決這個問題。
std::thread t5((BackgroundTask()));
std::thread t6{BackgroundTask()};

啟動線程後,需要明確是等待它結束、還是任由它獨自運行:

  • 調用成員函數join()會先等待線程結束,然後隸屬於該線程的任何存儲空間都會被清除,std::thread對象不再關聯到已結束的線程。
  • 調用成員函數detach()會分離線程使其在後臺運行,此後無法獲得與它關聯的std::thread對象。分離線程的歸屬權和控制權都轉移給了C++運行時庫,線程退出時與之關聯的資源會被正確回收。

調用了join()或是detach()之後,其joinable()方法將返回false,所以也就不能再調用join()。不能對空的std::thread對象調用join()或是detach()。如果線程啟動後既不調用join()也不調用detach(),那麼當std::thread對象銷毀時,其析構函數將調用std::terminate()終止整個程式。

2、向線程函數傳遞參數

若需向線程上的函數傳遞參數,直接向std::thread的構造函數添加更多參數即可。線程具有內部存儲空間,參數會按照預設方式先複製到該處,然後這些副本被當作臨時變數,以右值形式傳遞給線程上的函數。即使函數的相關參數按設想應該是引用,上述過程依然會發生。

void f(int i, const std::string& s);
std::thread t(f, 3, "hello");

上述代碼在新線程上調用f(3, "hello"),儘管f()的第二個參數是std::string類型,但字元串內容仍然以指針const char*的形式傳入,直到進入新線程的上下文環境後才轉換為std::string類型。所以如果參數是指針,需要特別註意其生命周期,否則可能導致嚴重問題,例如:

void f(int i, const std::string& s);

void oops(int param)
{
    char buffer[1024];
    sprintf(buffer, "%d", param);
    std::thread t(f, 3, buffer);
    t.detach();
}

buffer是指向局部數組的指針,我們原本設想buffer會在新線程內轉換成std::string對象,但在此完成之前,oops()函數很有可能已經退出,導致局部數組被銷毀從而引發未定義的行為。這一問題的根源在於:std::thread的構造函數原樣複製所提供的值,並未立即將其轉換成預期的參數類型,等到轉換髮生時,指針可能已經失效。所以解決方法就是,在buffer傳入std::thread的構造函數之前,就先把它轉換成std::string對象:

std::thread t(f, 3, std::string(buffer));

除了指針外,傳遞引用也需要小心。例如我們想要的是非const引用:

void update_widget_data(WidgetData& data);

void oops()
{
    WidgetData data;
    std::thread t(update_widget_data, data);
    t.join();
}

根據update_widget_data函數的聲明,參數需要以引用的方式傳入,但std::thread的構造函數對此卻毫不知情,它忽略了函數所期望的參數類型,直接複製了我們提供的值。然而,線程庫的內部代碼會把參數的副本(std::thread構造時由對象data複製得出,位於新線程的內部存儲空間)以右值的形式傳遞給update_widget_data函數,所以這段代碼會編譯失敗,因為不能向非const引用傳遞右值。解決方法就是使用std::ref()函數加以包裝,這樣傳遞給update_widget_data函數的就是指向data的引用,代碼就能編譯成功:

std::thread t(update_widget_data, std::ref(data));

要將某個類的成員函數設為線程函數,我們需要給出合適的對象指針作為第一個參數,成員函數的參數放在其後的位置。

class X
{
public:
    void do_lengthy_work();
}

X my_x;
std:thread t(&X::do_lengthy_work, &my_x);

對於只能移動、不能複製的對象,傳遞參數時需要使用std::move()來轉移歸屬權。在下麵的例子中,BigObject對象的歸屬權會發生轉移,先進入新創建的線程的內部存儲空間,再轉移給process_big_object()函數。

void process_big_object(std::unique_ptr<BigObject>);

std::unique_ptr<BigObject> p(new BigObject);
std::thread t(process_big_object, std::move(p));

3、移交線程歸屬權

std::thread不能複製,但支持移動語義。對於一個具體的執行線程,其歸屬權可以在多個std::thread實例之間轉移。

void some_function();

void some_other_function();

std::thread t1(some_function);
std::thread t2 = std::move(t1); //將線程的歸屬權顯式地轉移給t2
t1 = std::thread(some_other_function); //線程原本與std::thread臨時對象關聯,其歸屬權隨即轉移給t1
std::thread t3; //按預設方式構造,未關聯任何線程
t3 = std::move(t2); //t2原本關聯的線程的歸屬權轉移給t3
//經過上面這些轉移,t1與運行some_other_function的線程關聯,t2沒有關聯線程,t3與運行some_function的線程關聯

t1 = std::move(t3); //在這次轉移之時,t1已經關聯運行some_other_function的線程,因此std::thread的析構函數中會調用std::terminate(),終止整個程式。所以只要std::thread對象還在管控著一個線程,就不能簡單地向它賦新值。

因為std::thread支持移動語義,所以只要容器同樣知悉移動意圖,就可以裝載std::thread對象。因此我們可以寫出下列代碼,生成多個線程,然後等待它們運行完成。

void do_work(unsigned id);

void foo()
{
    std::vector<std::thread> threads;
    for (unsigned i = 0; i < 20; ++i)
    {
        threads.push_back(std::thread(do_work, i));
    }
    for (auto& entry : threads)
    {
        entry.join();
    }
}

4、識別線程

使用C++標準庫的std::thread::hardware_concurrency()函數可以獲取系統中邏輯處理器的數量。如果信息無法獲取,該函數可能返回0。

線程ID的類型是std::thread::id,它有兩種獲取方法:

  • 在與線程關聯的std::thread對象上調用成員函數get_id(),即可得到該線程的ID。如果std::thread對象沒有關聯任何執行線程,則調用get_id()返回的是按預設構造方式生成的std::thread::id對象,表示“線程不存在”。
  • 當前線程的ID可以通過調用std::this_thread::get_id()獲取。

std::thread::id對象可以支持很多種操作:

  • 可隨意進行複製操作或比較運算。
  • 可用作關聯容器(std::setstd::mapstd::multisetstd::multimap)的鍵值,無序關聯容器(std::unordered_setstd::unordered_mapstd::unordered_multisetstd::unordered_multimap)的鍵值,或用於排序。
  • 寫到輸出流,例如std::cout << std::this_thread::get_id();

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