C/C++ 多线程编程方法

我们在使用C/C++进行多线程编程时，可以使用不同的函数库，比如Windows API 的 CreateThread在对windows窗体进行多线程编程时可以非常方便的使用，还有C++ 11标准的std::thread(function)更能方便的使用，直接支持函数的绑定。但是因为是C++ 11标准，需要使用 VS2012版本以上的编译器才支持。

我们主要讲解 pthread这个库方法，这个是Linux标准的多线程方法，windows也进行了移植。我们一步步深入讲解。

1 配置pthread

和常见的配置方式一样，首先配置 include目录（包含目录），library目录（库目录），链接器的输入中的“附加依赖项”输入所有的lib文件名称。然后把dll文件拷贝到程序的运行目录下。

2测试配置是否成功

#include "stdafx.h"
//#include <thread> C++ 11 标准
#include <pthread.h>
#include <iostream>
using namespace std;

class Test
{
public:
static void* MyMethod(void*)
{
cout<<"类成员函数"<<endl;
return NULL;
}
};
void* test(void* args)
{
return NULL;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

for (int i=0;i<NUM_THREADS;i++)
{
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, &attr, test, NULL); //调用普通函数
pthread_create(&pid,&attr,Test::MyMethod,NULL);//调用类的静态成员函数
}
getchar();
return 0;
}

需要注意的是多线程如果需要传递参数，方法是 将需要的参数封装成一个 struct 结构体 data，然后 在调用pthread_create方法时，最后一个参数，使用转换方法(void*)data; 在调用方法中，将void*数据转化为结构体。

3 线程创建时属性参数的设置pthread_attr_t及join功能的使用

线程的属性由结构体pthread_attr_t进行管理。

typedef struct
{
int detachstate;     线程的分离状态
int  schedpolicy;   线程调度策略
struct sched_param  schedparam;   线程的调度参数
int inheritsched; 线程的继承性
int scope; 线程的作用域
size_t guardsize; 线程栈末尾的警戒缓冲区大小
int stackaddr_set; void * stackaddr; 线程栈的位置
size_t stacksize; 线程栈的大小
}pthread_attr_t;

测试代码如下：

#include <iostream>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS 5

void* say_hello( void* args )
{
cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;
int status = 10 + *(( int * )args); //线程退出时添加退出的信息，status供主程序提取该线程的结束信息
pthread_exit( ( void* )status );
}

int main()
{
pthread_t tids[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];

pthread_attr_t attr; //线程属性结构体，创建线程时加入的参数
pthread_attr_init( &attr ); //初始化
pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数，这个参数表明这个线程是可以join连接的，join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事，实现了主程序和线程同步功能，joinable是默认的属性值
for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
{
indexes[i] = i;
int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) );
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
}
}
pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
void *status;
for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
{
int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;
}
else
{
cout << "pthread_join get status:" << (long)status << endl;
}
}
}

4.线程同步-mutex 互斥量

mutex互斥量用于多个线程在使用资源的时候，使用互斥锁，保证某一个线程执行结束后才能让其他线程使用这个资源（变量）。比如常用的场景是 防止读脏数据。

#include <iostream>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS 5

int sum = 0; //定义全局变量，让所有线程同时写，这样就需要锁机制
pthread_mutex_t sum_mutex; //互斥锁

void* say_hello( void* args )
{
cout << "hello in thread " << *(( int * )args) << endl;
pthread_mutex_lock( &sum_mutex ); //先加锁，再修改sum的值，锁被占用就阻塞，直到拿到锁再修改sum;
cout << "before sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
sum += *( ( int* )args );
cout << "after sum is " << sum << " in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
pthread_mutex_unlock( &sum_mutex ); //释放锁，供其他线程使用
pthread_exit( 0 );
}

int main()
{
pthread_t tids[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];

pthread_attr_t attr; //线程属性结构体，创建线程时加入的参数
pthread_attr_init( &attr ); //初始化
pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数，这个参数表明这个线程是可以join连接的，join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事，实现了主程序和线程同步功能
pthread_mutex_init( &sum_mutex, NULL ); //对锁进行初始化

for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
{
indexes[i] = i;
int ret = pthread_create( &tids[i], &attr, say_hello, ( void* )&( indexes[i] ) ); //5个进程同时去修改sum
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
}
}
pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
void *status;
for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i )
{
int ret = pthread_join( tids[i], &status ); //主程序join每个线程后取得每个线程的退出信息status
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_join error:error_code=" << ret << endl;
}
}
cout << "finally sum is " << sum << endl;
pthread_mutex_destroy( &sum_mutex ); //注销锁
}

5.线程同步-signal 信号量

信号量的作用是多个线程在执行的时候，某些线程必须等到其他线程先做完才能执行，有一定的执行顺序，否则会出现错误。使用的是信号量的P V操作。

信号量的操作有signal和wait，本例子采用条件信号变量pthread_cond_t tasks_cond;

信号量的实现也要给予锁机制。

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

using namespace std;

#define BOUNDARY 5

int tasks = 10;
pthread_mutex_t tasks_mutex; //互斥锁
pthread_cond_t tasks_cond; //条件信号变量，处理两个线程间的条件关系，当task>5，hello2处理，反之hello1处理，直到task减为0

void* say_hello2( void* args )
{
pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id
cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;

bool is_signaled = false; //sign
while(1)
{
pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁
if( tasks > BOUNDARY )
{
cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;
--tasks; //modify
}
else if( !is_signaled )
{
cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
pthread_cond_signal( &tasks_cond ); //signal:向hello1发送信号，表明已经>5
is_signaled = true; //表明信号已发送，退出此线程
}
pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁
if( tasks == 0 )
break;
}
}

void* say_hello1( void* args )
{
pthread_t pid = pthread_self(); //获取当前线程id
cout << "[" << pid << "] hello in thread " <<  *( ( int* )args ) << endl;

while(1)
{
pthread_mutex_lock( &tasks_mutex ); //加锁
if( tasks > BOUNDARY )
{
cout << "[" << pid << "] pthread_cond_signal in thread " << *( ( int* )args ) << endl;
pthread_cond_wait( &tasks_cond, &tasks_mutex ); //wait:等待信号量生效，接收到信号，向hello2发出信号，跳出wait,执行后续
}
else
{
cout << "[" << pid << "] take task: " << tasks << " in thread " << *( (int*)args ) << endl;
--tasks;
}
pthread_mutex_unlock( &tasks_mutex ); //解锁
if( tasks == 0 )
break;
}
}

int main()
{
pthread_attr_t attr; //线程属性结构体，创建线程时加入的参数
pthread_attr_init( &attr ); //初始化
pthread_attr_setdetachstate( &attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE ); //是设置你想要指定线程属性参数，这个参数表明这个线程是可以join连接的，join功能表示主程序可以等线程结束后再去做某事，实现了主程序和线程同步功能
pthread_cond_init( &tasks_cond, NULL ); //初始化条件信号量
pthread_mutex_init( &tasks_mutex, NULL ); //初始化互斥量
pthread_t tid1, tid2; //保存两个线程id
int index1 = 1;
int ret = pthread_create( &tid1, &attr, say_hello1, ( void* )&index1 );
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
}
int index2 = 2;
ret = pthread_create( &tid2, &attr, say_hello2, ( void* )&index2 );
if( ret != 0 )
{
cout << "pthread_create error:error_code=" << ret << endl;
}
pthread_join( tid1, NULL ); //连接两个线程
pthread_join( tid2, NULL );

pthread_attr_destroy( &attr ); //释放内存
pthread_mutex_destroy( &tasks_mutex ); //注销锁
pthread_cond_destroy( &tasks_cond ); //正常退出
}