多线程学习指南 - 21ic电子网

[导读]近期看到有读者在公众号留言问有没有C多线程的学习方法，我这里特意总结了下，希望能对大家有所帮助。目录什么是多线程？为什么使用多线程？如何创建线程？joinable()？多线程参数传递方式锁原子变量条件变量async多线程周边关于多线程的一些建议什么是多线程？不介绍，基础知识，直接...

近期看到有读者在公众号留言问有没有C 多线程的学习方法，我这里特意总结了下，希望能对大家有所帮助。

什么是多线程？
为什么使用多线程？
如何创建线程？
joinable()？
多线程参数传递方式
锁
原子变量
条件变量
async
多线程周边
关于多线程的一些建议

什么是多线程？

不介绍，基础知识，直接看维基百科：https://zh.wikipedia.org/wiki/多线程

为什么要用多线程？

不介绍，基础知识，和上面在一个链接。

C 多线程知识点

如何创建线程？

多线程有多种创建方式：pthread、std::thread、std::jthread。

这里我推荐学习C 11引入的std::thread，它较pthread更方便，且在C 中更加常用。

至于std::jthread，不用管，学完std::thread后自然就能学会std::jthread。

关于C 11的多线程具体介绍可以看c 11新特性之线程相关所有知识点

使用std::thread创建线程很简单，直接利用它的构造函数即可：

void func() { xxxx;}

int main() { std::thread t(func); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}注意上面代码，我使用了一个joinable()和join()，为什么要这么做？

因为如果不这么调用，在thread生命周期结束时，程序会crash。原因直接看thread的析构函数：

~thread(){ if (joinable()) std::terminate();}

join()和detach()？

上面介绍了不调用join，程序会crash，其实也可以调用detach来避免程序crash，那它俩有什么区别？

join()表示阻塞等待子线程执行结束，子线程结束后才会继续往下执行。

detach()表示与当前对象分离，子线程无论做啥，无论是否执行结束都与我无关，爱咋咋地，最终靠操作系统回收相关资源。

joinable()是什么？

上面代码中出现了joinable()，可以简单理解为如果没有调用join()或者detach()，joinable()就返回true。如果调用了其中一个，joinable()就返回false。它主要就是为了搭配join()和detach()使用。

参数传递问题

多线程其实就是开启一个线程，运行某一个函数，上面的示例是运行的无参函数，那如何运行有参函数？怎么将参数传递进去？其实有好几种方法传递参数，我更倾向于使用的是lambda表达式，将有参函数参数封装成无参函数，然后多线程调用。

示例代码：

#include #include

void func(int a, int b) { std::cout << "a b = " << a b << std::endl; }

int main() { auto lambda = []() { func(1, 2); }; std::thread t(lambda); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}

关于lambda表达式我之前写过文章介绍，可以看这里：

搞定c 11新特性std::function和lambda表达式

编译器如何实现lambda表达式？

成员函数问题

很多人可能还有疑问，如果多线程运行类对象的成员函数，这里可以使用和上面相同的方法，lambda表达式：

#include #include #include

struct A { void Print() { std::cout << "A\n"; }};

int main() { std::shared_ptr a = std::make_shared(); auto func = [a]() { a->Print(); }; std::thread t(func); if (t.joinable()) { t.join(); } return 0;}

小知识点

创建thread对象的常见方法有下面这两种：

std::thread a(func);

std::thread *a = new thread(func);delete a;

有人在技术交流群里问过这两种方式的区别，相信仔细阅读过上面内容的你应该知道答案！

给个小提示：两者对象一个在堆上，一个在栈上，生命周期不同，即thread的析构函数调用时机不同，然后可以再结合上面介绍的~thread()的实现，思考一下。

为什么需要锁？

因为多线程读写数据可能存在线程安全问题，为了保证线程安全，其中一种方式就是使用锁。

关于线程安全问题，随便去个网站，比如维基百科、百度百科等，都能找到。
https://zh.wikipedia.org/wiki/线程安全

mutex有四种：

std::mutex：独占的互斥量，不能递归使用，不带超时功能
std::recursive_mutex：递归互斥量，可重入，不带超时功能
std::timed_mutex：带超时的互斥量，不能递归
std::recursive_timed_mutex：带超时的互斥量，可以递归使用

加解锁方式有三种：

std::lock_guard：可以RAII方式加锁
std::unique_lock：比lock_guard多了个手动加解锁的功能
std::scoped_lock：防止多个锁顺序问题导致的死锁问题而出世的一把锁

示例代码：

std::mutex mutex; void func() { std::lock_guard lock(mutex); xxxxxxx}

原子操作

上面介绍过使用锁可以解决线程安全问题，其实简单的变量，比如整型变量等，可以使用原子操作，C 11的原子操作都在中。

示例代码：

std::atomic<int> count;

int get() { count.load();}

void set(int c) { count.store(c);}

上面这两个函数可以在多线程中任意调用，不会出现线程安全问题。

条件变量

条件变量是一种同步机制，可以阻塞一个线程或多个线程，直到其他线程对这些线程通知才会解除阻塞。这种通知和阻塞就需要用到条件变量。

示例代码：

class CountDownLatch { public: explicit CountDownLatch(uint32_t count) : count_(count);

void CountDown() { std::unique_lock lock(mutex_); --count_; if (count_ == 0) { cv_.notify_all(); } }

void Await(uint32_t time_ms = 0) { std::unique_lock lock(mutex_); while (count_ > 0) { if (time_ms > 0) { cv_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(time_ms)); } else { cv_.wait(lock); } } }

uint32_t GetCount() const { std::unique_lock lock(mutex_); return count_; }

private: std::condition_variable cv_; mutable std::mutex mutex_; uint32_t count_ = 0;};

有关条件变量其实有两个坑需要注意，移步这里：使用条件变量的坑你知道吗

基于任务的并发

这块个人认为只需要了解async即可，通过async既可以达到并发的目的，也可以拿到并发执行后的结果。

示例代码：