C++11 다중 스레드 프로그래밍 기본 소개-C#.Net 튜토리얼-php.cn

1. C++11에서 새 스레드를 만듭니다.

모든 C++ 애플리케이션에는 기본 메인 스레드인 기본 함수가 있습니다. C+++11에서는 다음을 수행할 수 있습니다. std::thread 클래스의 객체를 생성하여 다른 스레드를 생성합니다. 각 std::thread 객체는 스레드와 연관될 수 있으며 헤더 파일 만 포함하면 됩니다. std::thread 객체를 사용하여 이 새 스레드가 시작될 때 실행될 콜백을 연결할 수 있습니다. 이러한 콜백은 함수 포인터, 함수 객체 또는 Lambda 함수일 수 있습니다.
스레드 개체는 std::thread thObj()를 통해 생성될 수 있으며, 새 스레드는 새 개체가 생성된 직후에 시작되며 전달된 콜백은 시작된 스레드와 병렬로 실행됩니다. 또한 모든 스레드는 해당 스레드의 객체에 대해 Join() 함수를 호출하여 다른 스레드가 종료될 때까지 기다릴 수 있습니다.
함수 포인터를 사용하여 스레드 만들기:

//main.cpp
#include <iostream>
#include <thread>
void thread_function() {    
    for (int i = 0; i < 5; i++)        
    std::cout << "thread function excuting" << std::endl;
}int main() {    
    std::thread threadObj(thread_function);    
    for (int i = 0; i < 5; i++)        
    std::cout << "Display from MainThread" << std::endl;
   threadObj.join();    
   std::cout << "Exit of Main function" << std::endl;    return 0;
}

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함수 개체를 사용하여 스레드 만들기:

#include <iostream>
#include <thread>
class DisplayThread {
    public:void operator ()() {        
        for (int i = 0; i < 100; i++)            
        std::cout << "Display Thread Excecuting" << std::endl;
    }
};
int main() {    
    std::thread threadObj((DisplayThread()));    
    for (int i = 0; i < 100; i++)        
    std::cout << "Display From Main Thread " << std::endl;    
    std::cout << "Waiting For Thread to complete" << std::endl;
    threadObj.join();    
    std::cout << "Exiting from Main Thread" << std::endl;    
    return 0;
}

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CmakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(Thread_test)set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
find_package(Threads REQUIRED)
add_executable(Thread_test main.cpp)
target_link_libraries(Thread_test ${CMAKE_THREAD_LIBS_INIT})

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Each std:: 스레드 개체 관련 ID인 std::thread::get_id()가 있습니다. —-해당 스레드 개체의 ID는 멤버 함수에 제공됩니다.
std::this_thread::get_id() —-id입니다. 현재 스레드의 정보가 제공됩니다. std::thread 객체에 연결된 스레드가 없으면 get_id()는 기본으로 구성된 std::thread::id 객체를 반환합니다. "어떤 스레드도 아님", std::thread::id는 다음과 같습니다. id를 나타내기도 합니다.

2.스레드 결합 및 분리

스레드가 시작되면 다른 스레드는 std::에서 Join() 함수를 호출하여 이 스레드의 실행이 완료될 때까지 기다릴 수 있습니다. thread object:# 🎜🎜#

std::thread threadObj(funcPtr); 
threadObj.join();

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예를 들어, 메인 스레드는 10개의 스레드를 시작합니다. 시작된 후 메인 함수는 스레드가 모두 결합된 후 실행이 완료될 때까지 기다립니다. #🎜🎜 #

#include <iostream>
#include <thread>
#include <algorithm>
class WorkerThread
{
    public:void operator()(){        
        std::cout<<"Worker Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"is Excecuting"<<std::endl;
    }
};
    int main(){    
        std::vector<std::thread> threadList;    
        for(int i = 0; i < 10; i++){
        threadList.push_back(std::thread(WorkerThread()));
    }    
    // Now wait for all the worker thread to finish i.e.
    // Call join() function on each of the std::thread object
    std::cout<<"Wait for all the worker thread to finish"<<std::endl;    
    std::for_each(threadList.begin(), threadList.end(), std::mem_fn(&std::thread::join));    
    std::cout<<"Exiting from Main Thread"<<std::endl;    
    return 0;
}

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detach OK 스레드 개체에서 스레드를 분리하고 스레드가 백그라운드 스레드로 실행되도록 합니다. 그러나 분리 후에는 더 이상 스레드에 연결할 수 없습니다. 스레드 실행 함수가 임시 변수를 사용하면 문제가 발생할 수 있습니다. 스레드 호출 Detach가 백그라운드에서 실행되고 임시 변수가 삭제되었을 수 있습니다. 그러면 스레드가 삭제된 변수에 액세스하고 std::detach()를 호출해야 합니다. std::thread 객체의 함수:

std::thread threadObj(funcPtr)
threadObj.detach();

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Call detach( ), std::thread 객체는 더 이상 실제 실행 스레드와 연결되지 않습니다. detach() 및 Join()을 호출할 때 주의하세요.

3. 스레드에 매개변수 전달#🎜🎜 #

스레드의 연결 가능한 객체 또는 함수에 매개변수를 전달하려면 매개변수를 std::thread 생성자에 전달하기만 하면 됩니다. 기본적으로 모든 매개변수는 새 스레드의 내부 저장소에 복사됩니다.

스레드에 매개변수 전달:

#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
void threadCallback(int x, std::string str) {  
    std::cout << "Passed Number = " << x << std::endl;  
    std::cout << "Passed String = " << str << std::endl;
}int main() {  
    int x = 10;  
    std::string str = "Sample String";  
    std::thread threadObj(threadCallback, x, str);
  threadObj.join();  
  return 0;
}

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스레드에 대한 참조 전달:

#include <iostream>
#include <thread>
void threadCallback(int const& x) {  
    int& y = const_cast<int&>(x);
  y++;  
  std::cout << "Inside Thread x = " << x << std::endl;
}int main() {  
    int x = 9;  
    std::cout << "In Main Thread : Before Thread Start x = " << x << std::endl;  
    std::thread threadObj(threadCallback, x);
  threadObj.join();  
  std::cout << "In Main Thread : After Thread Joins x = " << x << std::endl;  
  return 0;
}

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출력 결과는 다음과 같습니다.

메인 스레드에서: 스레드 시작 전 x = 9

내부 스레드 x = 10

메인 스레드에서: 스레드 조인 후 x = 9

종료 코드 0으로 프로세스가 완료됨
threadCallback이 매개변수를 다음과 같이 허용하더라도 참조, 그렇지 않습니다. main의 x 값은 변경되지 않으며 스레드 참조 외부에는 표시되지 않습니다. 이는 스레드 함수 threadCallback의 x가 새 스레드의 스택에 복사된 임시 값을 참조하기 때문입니다. 이 값은 std::ref를 사용하여 수정할 수 있습니다.

#include <iostream>
#include <thread>
void threadCallback(int const& x) {  
    int& y = const_cast<int&>(x);
  y++;  
  std::cout << "Inside Thread x = " << x << std::endl;
}int main() {  
    int x = 9;  std::cout << "In Main Thread : Before Thread Start x = " << x << std::endl;  
    std::thread threadObj(threadCallback, std::ref(x));
  threadObj.join();  
  std::cout << "In Main Thread : After Thread Joins x = " << x << std::endl;  
  return 0;
}

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출력 결과는 다음과 같습니다. #🎜🎜 #메인 스레드에서 : 스레드 시작 전 x = 9
내부 스레드 x = 10

메인 스레드에서 : 스레드 조인 후 x = 10

종료 코드 0으로 프로세스 완료 #🎜 🎜#Specify 클래스의 멤버 함수에 대한 포인터는 스레드 함수로 사용되고 포인터는 콜백 함수로 멤버 함수에 전달되며 포인터는 두 번째 매개변수로 개체를 가리킵니다.

#include <iostream>
#include <thread>
class DummyClass { 
public:
  DummyClass() { }
  DummyClass(const DummyClass& obj) { }  
  void sampleMemberfunction(int x) {    
      std::cout << "Inside sampleMemberfunction " << x << std::endl;
  }
};
    int main() {
      DummyClass dummyObj;  
      int x = 10;  
      std::thread threadObj(&DummyClass::sampleMemberfunction, &dummyObj, x);
      threadObj.join();  
      return 0;
}

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# 🎜🎜#4. 스레드 간 데이터 공유 및 경쟁 조건

여러 스레드 간에 데이터를 공유하는 것은 매우 간단하지만 프로그램에서 이러한 종류의 데이터 공유는 문제를 일으킬 수 있으며 그 중 하나가 경쟁 조건입니다. . 두 개 이상의 스레드가 일련의 작업을 병렬로 수행하고 동일한 메모리 위치에 액세스하면 그 중 하나 이상이 메모리 위치의 데이터를 수정하여 예상치 못한 결과가 발생할 수 있습니다. 경쟁 조건은 두 개 이상의 스레드가 작업을 수행하는 상대적인 순서로 인해 예상치 못한 결과가 발생할 때만 발생하는 것이 아니기 때문에 발견하고 재현하기가 더 어렵습니다.

예를 들어 5개의 스레드를 생성하면 이 스레드는 Wallet 클래스의 객체를 공유하고 addMoney() 멤버 함수를 사용하여 100위안을 병렬로 추가합니다. 따라서 처음에 지갑에 있는 Money가 0이라면 모든 스레드의 경쟁 실행이 완료된 후 지갑에 있는 Money는 500이 되어야 합니다. 그러나 모든 스레드가 동시에 공유 데이터를 수정하기 때문에 어떤 경우에는 지갑에 있는 돈은 500보다 훨씬 적을 수 있습니다.
테스트는 다음과 같습니다.

#include <iostream>
#include <thread>
#include <algorithm>
class Wallet {    
    int mMoney;
    public: Wallet() : mMoney(0) { }    
    int getMoney() { return mMoney; }    
    void addMoney(int money) {        
        for (int i = 0; i < money; i++) {
            mMoney++;
        }
    }
};int testMultithreadWallet() {
    Wallet walletObject;    
    std::vector<std::thread> threads;    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads.push_back(std::thread(&Wallet::addMoney, &walletObject, 100));
    }    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads.at(i).join();
    }    
    return walletObject.getMoney();
}int main() {    
        int val = 0;    
        for (int k = 0; k < 100; k++) {        
        if ((val=testMultithreadWallet()) != 500) {            
            std::cout << "Error at count = " << k << " Money in Wallet = " << val << std::endl;
        }
    }    
    return 0;
}

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각 스레드는 동일한 멤버 변수 "mMoney"를 병렬로 증가시킵니다. 이는 한 줄처럼 보이지만 이 "nMoney++"는 실제로 3개의 시스템으로 변환됩니다. 명령 :

·레지스터

에서 "mMoney" 변수를 로드합니다.
·레지스터의 값을 증가시킵니다.
·"mMoney" 변수를

의 값으로 업데이트합니다. 이 경우, mMoney 변수를 증가시키는 대신 다른 레지스터가 증가하고 "mMoney" 변수의 값을 덮어쓰기 때문에 증가는 무시됩니다.

5.使用mutex处理竞争条件

为了处理多线程环境中的竞争条件，我们需要mutex互斥锁，在修改或读取共享数据前，需要对数据加锁，修改完成后，对数据进行解锁。在c++11的线程库中，mutexes在< mutexe >头文件中，表示互斥体的类是std::mutex。
就上面的问题进行处理，Wallet类提供了在Wallet中增加money的方法，并且在不同的线程中使用相同的Wallet对象，所以我们需要对Wallet的addMoney()方法加锁。在增加Wallet中的money前加锁，并且在离开该函数前解锁，看代码：Wallet类内部维护money，并提供函数addMoney()，这个成员函数首先获取一个锁，然后给wallet对象的money增加指定的数额，最后释放锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <mutex>
class Wallet {    
        int mMoney;    
        std::mutex mutex;public:
    Wallet() : mMoney(0) { }    
    int getMoney() { return mMoney;}    
    void addMoney(int money) {
        mutex.lock();        
        for (int i = 0; i < money; i++) {
            mMoney++;
        }
        mutex.unlock();
    }
};int testMultithreadWallet() {
    Wallet walletObject;    
    std::vector<std::thread> threads;    
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        threads.push_back(std::thread(&Wallet::addMoney, &walletObject, 1000));
    }    for (int i = 0; i < threads.size(); i++) {
        threads.at(i).join();
    }    
    return walletObject.getMoney();
}int main() {    
        int val = 0;    
        for (int k = 0; k < 1000; k++) {        
        if ((val = testMultithreadWallet()) != 5000) {            
        std::cout << "Error at count= " << k << " money in wallet" << val << std::endl;
        }
    }    
    return 0;
}

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这种情况保证了钱包里的钱不会出现少于5000的情况，因为addMoney()中的互斥锁确保了只有在一个线程修改完成money后，另一个线程才能对其进行修改，但是，如果我们忘记在函数结束后对锁进行释放会怎么样？这种情况下，一个线程将退出而不释放锁，其他线程将保持等待，为了避免这种情况，我们应当使用std::lock_guard，这是一个template class，它为mutex实现RALL，它将mutex包裹在其对象内，并将附加的mutex锁定在其构造函数中，当其析构函数被调用时，它将释放互斥体。

class Wallet {  
    int mMoney;  
    std::mutex mutex; public:
  Wallet() : mMoney(0) { }  int getMoney() { return mMoney;}  
  void addMoney(int money) {    
  std::lock_guard<std::mutex> lockGuard(mutex);    
  for (int i = 0; i < mMoney; ++i) {      
  //如果在此处发生异常，lockGuadr的析构函数将会因为堆栈展开而被调用
      mMoney++;      
      //一旦函数退出，那么lockGuard对象的析构函数将被调用，在析构函数中mutex会被释放
    }

  }
};

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6.条件变量

　　条件变量是一种用于在2个线程之间进行信令的事件，一个线程可以等待它得到信号，其他的线程可以给它发信号。在c++11中，条件变量需要头文件< condition_variable>，同时，条件变量还需要一个mutex锁。
　　条件变量是如何运行的：
　　·线程1调用等待条件变量，内部获取mutex互斥锁并检查是否满足条件；
　　·如果没有，则释放锁，并等待条件变量得到发出的信号(线程被阻塞)，条件变量的wait()函数以原子方式提供这两个操作；
　　·另一个线程，如线程2，当满足条件时，向条件变量发信号；
　　·一旦线程1正等待其恢复的条件变量发出信号，线程1便获取互斥锁，并检查与条件变量相关关联的条件是否满足，或者是否是一个上级调用，如果多个线程正在等待，那么notify_one将只解锁一个线程；
　　·如果是一个上级调用，那么它再次调用wait()函数。
　　条件变量的主要成员函数：
Wait()
它使得当前线程阻塞，直到条件变量得到信号或发生虚假唤醒；
它原子性地释放附加的mutex，阻塞当前线程，并将其添加到等待当前条件变量对象的线程列表中，当某线程在同样的条件变量上调用notify_one() 或者 notify_all()，线程将被解除阻塞；
这种行为也可能是虚假的，因此，解除阻塞后，需要再次检查条件；
一个回调函数会传给该函数，调用它来检查其是否是虚假调用，还是确实满足了真实条件；
当线程解除阻塞后，wait()函数获取mutex锁，并检查条件是否满足，如果条件不满足，则再次原子性地释放附加的mutex，阻塞当前线程，并将其添加到等待当前条件变量对象的线程列表中。
notify_one()
如果所有线程都在等待相同的条件变量对象，那么notify_one会取消阻塞其中一个等待线程。
notify_all()
如果所有线程都在等待相同的条件变量对象，那么notify_all会取消阻塞所有的等待线程。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <functional>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std::placeholders;
class Application {    
    std::mutex m_mutex;    
    std::condition_variable m_condVar;    
    bool m_bDataLoaded;public:
  Application() {
        m_bDataLoaded = false;
    }    
    void loadData() {        
            //使该线程sleep 1秒
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));        
        std::cout << "Loading Data from XML" << std::endl;        //锁定数据
        std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);        //flag设为true，表明数据已加载
        m_bDataLoaded = true;        //通知条件变量
        m_condVar.notify_one();
    }    bool isDataLoaded() {        
             return m_bDataLoaded;
    }    void mainTask() {        
            std::cout << "Do some handshaking" << std::endl;        //获取锁
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(m_mutex);        //开始等待条件变量得到信号
        //wait()将在内部释放锁，并使线程阻塞
        //一旦条件变量发出信号，则恢复线程并再次获取锁
        //然后检测条件是否满足，如果条件满足，则继续，否则再次进入wait
        m_condVar.wait(mlock, std::bind(&Application::isDataLoaded, this));        
        std::cout << "Do Processing On loaded Data" << std::endl;
    }
};int main() {
    Application app;    
    std::thread thread_1(&Application::mainTask, &app);    
    std::thread thread_2(&Application::loadData, &app);
    thread_2.join();
    thread_1.join();    return 0;
}

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