您的位置：首页 > 运维架构 > Linux

linux下多线程的实现 C++

2017-06-02 10:43 501 查看

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理：基于进程和基于线程。

基于进程的多任务处理是程序的并发执行。

线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

C++ 不包含多线程应用程序的任何内置支持。相反，它完全依赖于操作系统来提供此功能。

本教程假设您使用的是 Linux 操作系统，我们要使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。POSIX Threads 或 Pthreads 提供的
API 可在多种类 Unix POSIX 系统上可用，比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris。

创建线程

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>

pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) [/code]

在这里，

pthread_create

创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：

参数说明


参数	说明
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

终止线程

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>

pthread_exit (status) [/code]

在这里，

pthread_exit

用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

实例：

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出"Hello Runoob！":

#include <iostream>

// 必须的头文件是#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5// 线程的运行函数,函数返回的是函数指针，便于后面作为参数 void* say_hello(void* args){ cout << "Hello Runoob！" << endl;}int main(){ // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组 pthread_t tids[NUM_THREADS]; for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) { //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数 int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL); if (ret != 0) { cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl; } } //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来； pthread_exit(NULL);}[/code]

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.o

Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！[/code]

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5void *PrintHello(void *threadid){ // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取 int tid = *((int*)threadid); cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl; pthread_exit(NULL);}int main (){ pthread_t threads[NUM_THREADS]; int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值 int rc; int i; for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){ cout << "main() : 创建线程, " << i << endl; indexes[i] = i; //先保存i的值 // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针 rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello
16b55
, (void *)&(indexes[i])); if (rc){ cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl; exit(-1); } } pthread_exit(NULL);}[/code]

现在编译并执行程序，将产生下列结果：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

$ ./test.omain() : 创建线程, 0main() : 创建线程, 1main() : 创建线程, 2main() : 创建线程, 3main() : 创建线程, 4Hello Runoob! 线程 ID, 4Hello Runoob! 线程 ID, 3Hello Runoob! 线程 ID, 2Hello Runoob! 线程 ID, 1Hello Runoob! 线程 ID, 0[/code]

向线程传递参数

这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型，因为它指向 void，如下面的实例所示：

#include <iostream>

#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5struct thread_data{ int thread_id; char *message;};void *PrintHello(void *threadarg){ struct thread_data *my_data; my_data = (struct thread_data *) threadarg; cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ; cout << " Message : " << my_data->message << endl; pthread_exit(NULL);}int main (){ pthread_t threads[NUM_THREADS]; struct thread_data td[NUM_THREADS]; int rc; int i; for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){ cout <<"main() : creating thread, " << i << endl; td[i].thread_id = i; td[i].message = "This is message"; rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&td[i]); //传入到参数必须强转为void*类型，即无类型指针 if (rc){ cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl; exit(-1); } } pthread_exit(NULL);}[/code]

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o

$ ./test.omain() : creating thread, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Thread ID : 3 Message : This is messageThread ID : 2 Message : This is messageThread ID : 0 Message : This is messageThread ID : 1 Message : This is messageThread ID : 4 Message : This is message[/code]

连接和分离线程

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status)

pthread_detach (threadid) [/code]

pthread_join()

子程序阻碍调用程序，直到指定的

threadid

线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。

#include <iostream>

#include <cstdlib>#include <pthread.h>#include <unistd.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5void *wait(void *t){ int i; long tid; tid = (long)t; sleep(1); cout << "Sleeping in thread " << endl; cout << "Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl; pthread_exit(NULL);}int main (){ int rc; int i; pthread_t threads[NUM_THREADS]; pthread_attr_t attr; void *status; // 初始化并设置线程为可连接的（joinable） pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE); for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){ cout << "main() : creating thread, " << i << endl; rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)i ); if (rc){ cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl; exit(-1); } } // 删除属性，并等待其他线程 pthread_attr_destroy(&attr); for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){ rc = pthread_join(threads[i], &status); if (rc){ cout << "Error:unable to join," << rc << endl; exit(-1); } cout << "Main: completed thread id :" << i ; cout << " exiting with status :" << status << endl; } cout << "Main: program exiting." << endl; pthread_exit(NULL);}[/code]

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

main() : creating thread, 0

main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Sleeping in thread Thread with id : 4 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 0 ...exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0Main: completed thread id :1 exiting with status :0Main: completed thread id :2 exiting with status :0Main: completed thread id :3 exiting with status :0Main: completed thread id :4 exiting with status :0Main: program exiting.[/code]

互斥锁的实现

互斥锁是实现线程同步的一种机制，只要在临界区前后对资源加锁就能阻塞其他进程的访问。

#include <iostream>

#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5int 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}[/code]

测试结果：

hello in thread hello in thread 1hello in thread 3

0hello in thread 2before sum is 0 in thread 1hello in thread 4after sum is 1 in thread 1before sum is 1 in thread 3after sum is 4 in thread 3before sum is 4 in thread 4after sum is 8 in thread 4before sum is 8 in thread 0after sum is 8 in thread 0before sum is 8 in thread 2after sum is 10 in thread 2finally sum is 10[/code]

可知，sum的访问和修改顺序是正常的，这就达到了多线程的目的了，但是线程的运行顺序是混乱的，混乱就是正常？

信号量的实现

信号量是线程同步的另一种实现机制，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 5int 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0void* 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}[/code]

测试结果：

先在线程2中执行say_hello2，再跳转到线程1中执行say_hello1，直到tasks减到0为止。

[2] hello in thread 1

[2] pthread_cond_signal in thread 1[3] hello in thread 2[3] take task: 10 in thread 2[3] take task: 9 in thread 2[3] take task: 8 in thread 2[3] take task: 7 in thread 2[3] take task: 6 in thread 2[3] pthread_cond_signal in thread 2[2] take task: 5 in thread 1[2] take task: 4 in thread 1[2] take task: 3 in thread 1[2] take task: 2 in thread 1[2] take task: 1 in thread 1[/code]

C++
11中的多线程技术

C++11 新标准中引入了四个头文件来支持多线程编程，他们分别是

<atomic>

<thread>

<mutex>

<condition_variable>

和

<future>

。

<atomic>

：提供原子操作功能，该头文主要声明了两个类, std::atomic 和 std::atomic_flag，另外还声明了一套 C 风格的原子类型和与 C 兼容的原子操作的函数。

<thread>

：线程模型封装，该头文件主要声明了 std::thread 类，另外 std::this_thread 命名空间也在该头文件中。

<mutex>

：互斥量封装，该头文件主要声明了与互斥量(mutex)相关的类，包括 std::mutex 系列类，std::lock_guard, std::unique_lock, 以及其他的类型和函数。

<condition_variable>

：条件变量，该头文件主要声明了与条件变量相关的类，包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any。

<future>

：实现了对指定数据提供者提供的数据进行异步访问的机制。该头文件主要声明了 std::promise, std::package_task 两个 Provider 类，以及 std::future 和 std::shared_future 两个 Future
类，另外还有一些与之相关的类型和函数，std::async() 函数就声明在此头文件中。

简单示例：

#include <iostream>

#include <thread>using namespace std;void thread_1(){ cout << "hello from thread_1" << endl;}int main(int argc, char **argv){ thread t1(thread_1); /** join()相当于调用了两个函数：WaitForSingleObject、CloseHandle，事实上，在vc12中也是这么实现的 */ t1.join(); return 0;}[/code]

注意事项

若线程调用到的函数在一个类中，则必须将该函数声明为静态函数函数

因为静态成员函数属于静态全局区，线程可以共享这个区域，故可以各自调用。

    #include <iostream>

#include <pthread.h> using namespace std; #define NUM_THREADS 5 class Hello { public: //多线程调用，声明为static static void* say_hello( void* args ) { cout << "hello..." << endl; } }; int main() { pthread_t tids[NUM_THREADS]; for( int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i ) { int ret = pthread_create( &tids[i], NULL, Hello::say_hello, NULL ); if( ret != 0 ) { cout << "pthread_create error:error_code" << ret << endl; } } pthread_exit( NULL ); } [/code]

测试结果：

    hello...

hello... hello... hello... hello... [/code]

代码中如果没有

pthread_join

主线程会很快结束从而使整个进程结束，从而使创建的线程没有机会开始执行就结束了。加入

pthread_join

后，主线程会一直等待直到等待的线程结束自己才结束，使创建的线程有机会执行。

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;[/code]

示例：

    #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 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; } } } [/code]

测试结果：

hello in thread hello in thread 1hello in thread 3

hello in thread 40hello in thread 2pthread_join get status:10pthread_join get status:11pthread_join get status:12pthread_join get status:13pthread_join get status:14[/code]

内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理

标签：

相关文章推荐

新的分享

章节导航

linux下 多线程的实现 C++