并发、并行与多线程——C++

C++11标准在标准库中为多线程提供了组件。

并发：

并发指的是两个或多个独立的活动在同一时段内发生。同一时间段内可以交替处理多个操作。一个CPU交替处理多个任务，存在竞争关系，在逻辑上表现为一个时段内同时处理多个任务。

并行：

并行就是同时执行，计算机在同一时刻，在某个时间点上处理两个或以上的操作。判断一个程序是否并行执行，只需要看某个时刻上是否多两个或以上的工作单位在运行。一个程序如果是单线程的，那么它无法并行地运行。利用多线程与多进程可以使得计算机并行地处理程序（当然 ，前提是该计算机有多个处理核心）。在物理上表现为一个时段内同时处理多个任务。

并发重点指的是程序的设计结构，而并行指的是程序运行的状态。并发编程，是一种将一个程序分解成小片段独立执行的程序设计方法。

并发的基本方式途径

多线程与多进程是并发的两种途径。

多进程并发

多个进程独立地运行，它们之间通过进程间常规的通信渠道传递讯息（信号，套接字，文件，管道等），这种进程间通信不是设置复杂就是速度慢，这是因为为了避免一个进程去修改另一个进程，操作系统在进程间提供了一定的保护措施，当然，这也使得编写安全的并发代码更容易。
运行多个进程也需要固定的开销：进程的启动时间，进程管理的资源消耗。

多线程并发

在当个进程中运行多个线程也可以并发。线程就像轻量级的进程，每个线程相互独立运行，但它们共享地址空间，所有线程访问到的大部分数据如指针、对象引用或其他数据可以在线程之间进行传递，它们都可以访问全局变量。线程之间通常共享内存，但这种共享通常难以建立且难以管理，缺少线程间数据的保护。因此，在多线程编程中，我们必须确保每个线程锁访问到的数据是一致的。

C++中的并发与多线程

C++标准并没有提供对多进程并发的原生支持，所以C++的多进程并发要靠其他API——这需要依赖相关平台。
C++11 标准提供了一个新的线程库，内容包括了管理线程、保护共享数据、线程间的同步操作、低级原子操作等各种类。标准极大地提高了程序的可移植性，以前的多线程依赖于具体的平台，而现在有了统一的接口进行实现。

C++11 新标准中引入了几个头文件来支持多线程编程：

< thread > :包含std::thread类以及std::this_thread命名空间。管理线程的函数和类在其中声明。

< atomic > :包含std::atomic和std::atomic_flag类，以及一套C风格的原子类型和与C兼容的原子操作的函数。

< mutex > :包含了与互斥量相关的类以及其他类型和函数。

< future > :包含两个Provider类（std::promise和std::package_task）和两个Future类（std::future和std::shared_future）以及相关的类型和函数。

< condition_variable > :包含与条件变量相关的类，包括std::condition_variable和std::condition_variable_any。

开线程

单线程时：

1 # include<iostream>
2 using namespace std;
3 int main()
4 {
5     cout<<"hello world"<<endl;
6 }

在这里，进行由一个线程组成，该线程的初始函数是main。我们启动第二个线程来打印hello world：

 1 # include<iostream>
 2 # include<thread>
 3 using namespace std;
 4 void hello()
 5 {
 6     cout<<"hello world"<<endl;
 7 }
 8 int main()
 9 {
10     thread t (hello);
11     t.join();
12 }

每个线程都必须有一个初始函数，新线程的执行开始于初始函数。对于第一段程序来说，它的初始函数是main，对于我们新创建的线程，可以在std::thread()对象的构造函数中指定。在第二段程序里，程序由两个线程组成：初始线程始于main，新线程始于hello。这里将新线程t的初始函数指定为hello。

新线程启动之后会与初始进程一并运行，初始线程可以等待或不等待新进程的运行结束——如果需要等待线程，则新线程实例需要使用join(),否则可以使用detach()。如果不等待新线程，则初始线程自顾自地运行到main()结束。