c++ 多线程学习

最近在研究实时处理问题，学习了相关多线程的知识，这里进行简单的学习总结。

1.多线程能干啥

很多时候，一想到提高效率问题，我们便会想到多线程，那么多线程一定能提高效率吗？如果能，在什么情况下能够提高效率？

当有多个cpu的情况下，计算机可以同时处理多个事件，多线程的处理效率会快很多。如果一个任务可以细分为多个子任务，每个都需要cpu资源和内存资源。如果是单线程的话，就只能等处理完一个子任务的时候才能接下去处理下一个子任务。而在多线程的情况下，可以在第一个子任务用完cpu资源的时候，假如此时他只需要io资源（举个例子，比如说读写文件），这个时候在等待他处理的时候，可以同时处理第二个任务。

但当只有一个cpu的时候，多线程可能快也可能慢。可能慢的原因是系统在多线程之间的切换占据了一定的时间，反而增加了时耗。可能快的原因是合理利用多线程的特点，同时做不冲突的事，比如一个线程在读写文件，一个线程在处理。

2.多线程简单实现

首先，认识一下多线程创建函数

HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // SD
SIZE_T dwStackSize,                     // initial stack size
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,    // thread function
LPVOID lpParameter,                       // thread argument
DWORD dwCreationFlags,                    // creation option
LPDWORD lpThreadId                       // thread identifier
);

结构中的参数介绍：

lpThreadAttributes：指向SECURITY_ATTRIBUTES型态的结构的指针，通常设为NULL；

dwStackSize：设置初始栈的大小，以字节为单位，通常设为0；

lpStartAddress：指向线程函数的指针，形式：@函数名，函数名称没有限制，但是必须以下列形式声明：

DWORD WINAPI 函数名 (LPVOID lpParam) ，格式不正确将无法调用成功。

lpParameter：向线程函数传递的参数，是一个指向结构的指针，不需传递参数时，为NULL。

dwCreationFlags ：线程标志。取0时表示创建立即激活线程；

lpThreadId：保存新线程的id，通常设为NULL。

下面实现一个简单的多线程例子。

#include <iostream>
#include <Windows.h>

using namespace std;

DWORD WINAPI DISPLAY1(LPVOID lpParameter)
{
while(1)
{
cout<<"1"<<endl;
Sleep(1000);

}

}

DWORD WINAPI DISPLAY2(LPVOID lpParameter)
{
while(1)
{
cout<<"2"<<endl;
Sleep(1000);

}

}

int main()
{
HANDLE pThread1=CreateThread(NULL,0,DISPLAY1,NULL,0,NULL);
HANDLE pThread2=CreateThread(NULL,0,DISPLAY2,NULL,0,NULL);

CloseHandle(pThread1);
CloseHandle(pThread2);

while(1)
{
cout<<"0"<<endl;
Sleep(1000);

}

return 0;
}

出现如下结果：



可以发现，输出行有时会存在换行和输出的交错，主要的原因是因为多线程并发运行时，多个线程之间如果公用了一些资源的话，我们并不能保证这些资源都能正确地被利用，因为这个时候资源并不是独占的。而这里的endl就是公用资源。如何解决这一问题呢？这里提供两种解决方案。

（1）将

cout<<"0"<<endl

换成`cout<<”0\n”；

通过多线程不共用资源的方式，解决了输出紊乱的问题；

（2）利用多线程同步

对于一个资源被多个线程共用会导致程序的混乱，我们的解决方法是只允许一个线程拥有对共享资源的独占，这样也能够解决上面的问题了。`

HANDLE CreateMutex(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,  // SD
BOOL bInitialOwner,                       // initial owner
LPCTSTR lpName                            // object name
);

该函数用于创造一个独占资源，第一个参数我们没有使用，可以设为NULL，第二个参数指定该资源初始是否归属创建它的进程，第三个参数指定资源的名称。

HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,"screen");

这条语句创造了一个名为screen并且归属于创建它的进程的资源。

BOOL ReleaseMutex(
HANDLE hMutex   // handle to mutex
);

该函数用于释放一个独占资源，进程一旦释放该资源，该资源就不再属于它了，如果还要用到，需要重新申请得到该资源。申请资源的函数如下：

DWORD WaitForSingleObject(
HANDLE hHandle,        // handle to object
DWORD dwMilliseconds   // time-out interval
);

第一个参数指定所申请的资源的句柄，第二个参数一般指定为INFINITE，表示如果没有申请到资源就一直等待该资源，如果指定为0，表示一旦得不到资源就返回，也可以具体地指定等待多久才返回，单位是千分之一秒。

下面程序是对上面例子的修改：

#include <iostream>
#include <Windows.h>
HANDLE hMutex;

using namespace std;

DWORD WINAPI DISPLAY1(LPVOID lpParameter)
{
while(1)
{
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
cout<<"1"<<endl;
Sleep(1000);
ReleaseMutex(hMutex);

}

}

DWORD WINAPI DISPLAY2(LPVOID lpParameter)
{
while(1)
{
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
cout<<"2"<<endl;
Sleep(1000);
ReleaseMutex(hMutex);

}

}

int main()
{
HANDLE pThread1=CreateThread(NULL,0,DISPLAY1,NULL,0,NULL);
HANDLE pThread2=CreateThread(NULL,0,DISPLAY2,NULL,0,NULL);
hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);

CloseHandle(pThread1);
CloseHandle(pThread2);

while(1)
{
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
cout<<"0"<<endl;
Sleep(1000);
ReleaseMutex(hMutex);

}

return 0;
}