c++并发编程实战-第1章 c++并发世界

前言

c++11开始支持多线程，使得编写c++多线程程序无需依赖特定的平台，使开发者能够编写可移植的、行为确定的多线程程序代码。

什么是并发

所谓并发，是两个或多个同时独立进行的活动。而计算机中的并发，是指同一个系统中，多个独立活动同时进行。

对于单核处理器，在同一时刻，只能处理一个任务，操作系统将一个时刻分成若干时间片，在每个时间片上执行一个任务，从而实现“伪并发”。对于多核处理器，从硬件上支持并发，在同一时刻内能够运行多个任务，我们称之为硬件并发。

并发的方式：多进程并发、多线程并发。

多进程并发

将一个应用软件拆分成多个独立进程同时运行，这些独立进程都只包含一个主线程。这些独立的进程可以通过操作系统提供的API事件进程间通信（套接字、管道、文件、剪切板）。

优点：相互独立，数据资源互不受影响，容易编写出安全的并发代码。

缺点：开销大，需要为每个进程分配资源；进程间通信速度慢，操作复杂。

多线程并发

多线程并发是指在单一进程中运行多个线程，每个线程独立运行，线程间通过共用相同的地址空间，从而实现在线程间通信。

优点：开销低

缺点：操作复杂

并发与并行

并发：主要关心的是分离关注点或响应能力。

并行：主要关心的是利用可调配的硬件资源提升大规模数据处理的性能。

为什么需要使用并发

使用并发的主要原因有：分离关注点、提升性能。

分离关注点

编写软件时，分离关注点几乎总是不错的构思：归类相关代码，隔离无关代码，使程序更易于理解和测试，因此所含缺陷很可能更少。可以将一个应用软件划分成如下几个线程：一个UI线程、一个网络线程、一个数据库读写。各个线程之间相互独立，数据访问通过开放接口实现，从而实现各模块代码各自管理。

提升性能

增强性能的并发方式有两种：

• 第一种是将单一任务分解成多个部分，各自并行运作，从而节省总运行耗时。
• 第二种是利用并行资源解决规模更大的问题。例如，只要条件适合，便同时处理2个文件，或者10个，甚至20个，而不是每次1个。同时对多组数据执行一样的操作，实际上是采用了数据并行，其着眼点有别于任务并行。采用这种方式处理单一数据所需的时间依旧不变，而同等时间内能处理的数据相对更多。

何时避免使用并发

收益不及代价。多数情况下，采用了并发技术的代码更难理解，编写和维护多线程代码会更劳心费神，并且复杂度增加可能导致更多错误。编写正确运行的多线程代码需要额外的开发时间和相关维护成本，除非潜在的性能提升或分离关注点而提高的清晰度值得这些开销，否则别使用并发技术。

并发与C++多线程

早年C++并不支持多线程，程序员若想使用多线程，必须使用平台提供的API，缺点是依赖特定平台，不便跨平台开发；二是可能依赖特定的处理器架构。

c++11开始支持多线程，规定了内存模型，提供多线程操作，线程管控、保护共享数据，线程间同步以及底层原子操作功能。使得开发者摆脱了平台依赖，仅用C++即可写出高效的代码。

若要实现某项功能，代码可以借助高级工具，或者直接使用底层工具。两种方式的运行开销不同，该项差异叫作抽象损失。在绝大数主流平台，C++多线程是低抽象损失。如果开发者追求极致性能，C++也专门提供了相关接口，开发者可以自行开发出高效的多线程程序。通常不建议。

实例

 1 #include <iostream>
 2 #include <thread>
 3
 4 void hello()
 5 {
 6     std::cout << "Son Thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
 7     std::cout << "Hello World!\n";
 8 }
 9
10 int main()
11 {
12     std::cout << "Main Thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
13     std::thread th(hello);
14     th.join();
15 }

程序第2行引入头文件<thread>，要使用多线程必须包含该头文件。

在main()函数中，std::this_thread是一个命名空间，在该命名空间中包含获取当前线程相关信息的接口，程序中用get_id()函数获取当前线程的线程ID，用做区分。

要启动一个线程，需要定义一个std::thread对象，该对象需要传递一个可调用对象，作为线程的起始函数，hello()函数就是th线程对象的起始函数。

join()函数的作用的等待子线程执行完毕，主函数会阻塞在此处等待子线程结束。如果不调用join()函数，程序将出现异常情况。

hello()函数是线程的入口函数，线程启动后，最先执行的函数就是hello()函数。

Copyright

本文参考至《c++并发编程实战》 第二版，作者：安东尼·威廉姆斯。本人阅读后添加了自己的理解并整理，方便后续查找，可能存在错误，欢迎大家指正，感谢！