C++并发编程实战笔记-部分函数

落日映苍穹つ 2021-11-22 13:04 354阅读 0赞

我看这本书真的是云里雾里的，尤其是中文版，感觉真的是，一言难尽，建议可以去看看muduo那本书

在这里记录一下，里面常用的出现的并发编程中可能会使用到的函数

## 一.std::thread::hardware\_concurrency() 函数 ##

这个函数可以返回硬件线程所支持的最大上下文的数量  
头文件 是

#include < thread>
     std::cout << "thread number   " << std::thread::hardware_concurrency() << std::endl;

## 二.std::lock\_guard函数和std::unqiue\_lock函数 ##

这种方式是以RAII的方式对于线程来进行加锁和解锁，函数析够的时候自动析够，保证线程能够正确被解锁  
std::lock——可以一次性锁住多个(两个以上)的互斥量，并且没有副作用(死锁风险)。  
std::lock\_guard 和 std::unique\_lock 两者功能基本相同，unique更为灵活，unique中提供了lock,unlock等函数，可以在等待中重新上锁

template <class Mutex> class lock_guard;

在 lock\_guard 对象构造时，传入的 Mutex 对象(即它所管理的 Mutex 对象)会被当前线程锁住。在lock\_guard 对象被析构时，它所管理的 Mutex 对象会自动解锁，由于不需要程序员手动调用 lock 和 unlock 对 Mutex 进行上锁和解锁操作，因此这也是最简单安全的上锁和解锁方式，尤其是在程序抛出异常后先前已被上锁的 Mutex 对象可以正确进行解锁操作，极大地简化了程序员编写与 Mutex 相关的异常处理代码。  
 在lock\_guard对象的生命周期内，它所管理的对象对一直保持上锁，随着它的析够，对象将会解锁

*  lock\_guard 构造函数如下表所示：
    
        locking (1)	        explicit lock_guard (mutex_type& m); 
        adopting(2)	    lock_guard (mutex_type& m, adopt_lock_t tag);
        copy[deleted](3)	lock_guard (const lock_guard&) = delete;

locking 初始化  
lock\_guard 对象管理 Mutex 对象 m，并在构造时对 m 进行上锁（调用 m.lock()）。  
adopting初始化  
lock\_guard 对象管理 Mutex 对象 m，与 locking 初始化(1) 不同的是， Mutex 对象 m 已被当前线程锁住。

void add_to_list(int new_value)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(some_mutex); //线程安全
        some_list.push_back(new_value);
    }
    
    std::mutex mtx;           // mutex for critical section
    void print_thread_id (int id) {
      mtx.lock();
      std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx, std::adopt_lock);
      std::cout << "thread #" << id << '\n';
    }

使用adopt\_lock 将mutex的析够由lock\_guard来进行管理

那么问题来了,既然已经有了这麽好的lock\_guard，为什么还要有unique\_lock?

lock\_guard的最大缺点也是简单,没有足够的灵活程度，所以在c++11标准库中提供了一个新的unique\_lock，它的最大的作用就是方便线程对于互斥量上锁，有更多的灵活方案  
unique\_lock对象是 管理mutex对象的上锁和解锁操作  
unique\_lock的构造函数

default (1)	 unique_lock() noexcept;

新创建的 unique\_lock 对象不管理任何 Mutex 对象。

locking (2)	 explicit unique_lock(mutex_type& m);

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并尝试调用 m.lock() 对 Mutex 对象进行上锁，如果此时另外某个 unique\_lock 对象已经管理了该 Mutex 对象 m，则当前线程将会被阻塞。

try-locking (3)	 unique_lock(mutex_type& m, try_to_lock_t tag);

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并尝试调用 m.try\_lock() 对 Mutex 对象进行上锁，但如果上锁不成功，并不会阻塞当前线程。

deferred (4)	unique_lock(mutex_type& m, defer_lock_t tag) noexcept;

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象 m，但是在初始化的时候并不锁住 Mutex 对象。 m 应该是一个没有当前线程锁住的 Mutex 对象。

adopting (5)	unique_lock(mutex_type& m, adopt_lock_t tag);

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象 m， m 应该是一个已经被当前线程锁住的 Mutex 对象。(并且当前新创建的 unique\_lock 对象拥有对锁(Lock)的所有权)。

locking for (6)	 template <class Rep, class Period> unique_lock(mutex_type& m, const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并试图通过调用 m.try\_lock\_for(rel\_time) 来锁住 Mutex 对象一段时间(rel\_time)。

locking until (7)	 template <class Clock, class Duration> unique_lock(mutex_type& m, const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);

新创建的 unique\_lock 对象管理 Mutex 对象m，并试图通过调用 m.try\_lock\_until(abs\_time) 来在某个时间点(abs\_time)之前锁住 Mutex 对象。

copy [deleted] (8)	   unique_lock(const unique_lock&) = delete;

对象不能被拷贝构造。

move (9)	  unique_lock(unique_lock&& x);
    新创建的 unique_lock 对象获得了由 x 所管理的 Mutex 对象的所有权(包括当前 Mutex 的状态)。调用 move 构造之后， x 对象如同通过默认构造函数所创建的，就不再管理任何 Mutex 对象了。

std::unique\_lock 主要成员函数  
我们来看看 std::unique\_lock 的主要成员函数。由于 std::unique\_lock 比 std::lock\_guard 操作灵活，因此它提供了更多成员函数。具体分类如下：

上锁/解锁操作：lock，try\_lock，try\_lock\_for，try\_lock\_until 和unlock  
修改操作：移动赋值(move assignment),换(swap)（与另一个 std::unique\_lock 对象交换它们所管理的 Mutex 对象的所有权），释放(release)（返回指向它所管理的 Mutex 对象的指针，并释放所有权）

#include <iostream>       
    #include <thread>       
    #include <mutex>       
    std::mutex mtx;         
    void print_thread_id (int id) {
      std::unique_lock<std::mutex> lck (mtx,std::defer_lock);
      // critical section (exclusive access to std::cout signaled by locking lck):
      lck.lock();
      std::cout << "thread #" << id << '\n';
      lck.unlock();
    }
    int main ()
    {
      std::thread threads[10];
      // spawn 10 threads:
      for (int i=0; i<10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);
     
      for (auto& th : threads) th.join();
     
      return 0;
    }

## 三.std::once\_flag 和call\_once函数 ##

对于多线程操作，很多线程都只需要实现一次,c++11中提供了很方便的辅助类once\_flag,call\_once  
首先看一下构造函数:

struct once_flag
    {
        constexpr once_flag() noexcept;
        once_flag(const once_flag&) = delete;
        once_flag& operator=(const once_flag&) = delete;
    };
    template<class Callable, class ...Args>
      void call_once(once_flag& flag, Callable&& func, Args&&... args);

可以看出来once\_flag不允许修改的

#include   < iostream>
    #include < thread>
    #include < mutex>
    std::once_flag flag;
    inline void may_throw_function(bool do_throw)
    {
      // only one instance of this function can be run simultaneously
      if (do_throw) {
        std::cout << "throw\n"; // this message may be printed from 0 to 3 times
        // if function exits via exception, another function selected
        throw std::exception();
      }
      std::cout << "once\n"; // printed exactly once, it's guaranteed that
          // there are no messages after it
    }
    inline void do_once(bool do_throw)
    {
      try {
        std::call_once(flag, may_throw_function, do_throw);
      }
      catch (...) {
      }
    }
    int main()
    {
        std::thread t1(do_once, true);
        std::thread t2(do_once, true);
        std::thread t3(do_once, false);
        std::thread t4(do_once, true);
        t1.join();
        t2.join();
        t3.join();
        t4.join();
    }

值得注意的是once\_flag相当于一个锁，使用它的线程都会在上面等待，只有一个线程允许执行。如果该线程抛出异常，那么从等待中的线程中选择一个，重复上面的流程。

## 四.future和async函数和promise用法 ##

为什么需要future,它在异步编程中经常使用,如果想要一个线程做一些事情，然后自己利用这个时间去做其他的事情，也就是异步编程的基础，future可以获取异步任务的结果，可以把它当成一种简单的线程同步的一种手段  
让我们考虑一个简单的事，如果希望获取线程函数的返回结果的时候，我们不能直接通过join()得到结果，必须定义一个变量，线程函数中给这个变量赋值，然后join之后得到结果，这样无疑是及其繁琐。我们可以使用`std::async`，它会自动创建一个线程去调用线程函数，返回一个std::future,其中存储线程函数返回的结果。  
我们使用线程计算一些值:  
std::thread t(\[ \]) \{auto res = sum();\});  
那么我们怎么可以更加高效一点？如果是计算量很大的函数，那么在运行结果出来之前，我们还可以做点别的

std::future<int> result = std::async(  ]( ) { return sum();});
    auto c = result.get();

async 可以很方便的获取线程函数的执行结果，会自动创建一个线程去调用线程函数

但是一个future所代表的异步操作不能直接获取，查询future 的状态来获取异步状态

可以查询future\_status状态  
deferred: 异步操作还没有开始  
ready: 异步操作已经OK  
timeout : 异步操作已经超时

std::future\_status stuas;

future 等待异步操作结束并返回结果，wait只是等待操作完成，没有返回值，wait\_for是超时等待返回结果

## std::promise 用法 ##

std::promise 的作用就是提供一个不同线程之间的数据同步机制，它可以存储一个某种类型的值传递给future

int main ()
    {
      std::promise<int> prom;                      // create promise
    
      std::future<int> fut = prom.get_future();    // engagement with future
    
      std::thread th1 (print_int, std::ref(fut));  // send future to new thread
    
      prom.set_value (10);                         // fulfill promise
                                                   // (synchronizes with getting the future)
      th1.join();
      return 0;
    }

std::packaged\_task用法

std::packaged\_task的作用就是提供一个不同线程之间的数据同步机制，它可以存储一个函数操作，并将其返回值传递给对应的future， 而这个future在另外一个线程中也可以安全的访问到这个值。

int main ()
    {
      std::packaged_task<int(int,int)> tsk (countdown);   // set up packaged_task
      std::future<int> ret = tsk.get_future();            // get future
      std::thread th (std::move(tsk),10,0);   // spawn thread to count down from 10 to 0
      int value = ret.get();                  // wait for the task to finish and get result
      stdut << "The countdown lasted for " << value << " seconds.\n";
      th.join();
    
      return 0;
    }