Cplusplus 简明教程
C++ Multithreading
多线程化是一种特殊形式的多任务处理,而多任务处理是一种允许计算机同时运行两个或更多程序的功能。通常,有多种类型:基于进程和基于线程。
基于进程的多任务处理处理程序的并发执行。基于线程的多任务处理处理同一程序的片段并发执行。
多线程程序包含可并发运行的两个或多个部分。该程序的每个部分称为一个线程,每个线程定义一条独立的执行路径。
在 C++ 11 之前,没有对多线程应用程序的内置支持。相反,它完全依赖于操作系统提供此功能。
本教程假定你在 Linux 操作系统上工作,并且我们将使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。POSIX 线程或 Pthreads 提供可在许多类 Unix 的 POSIX 系统(例如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris)中使用的 API。
Creating Threads
以下例程用于创建 POSIX 线程−
#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
此处, pthread_create 创建新线程并使其可执行。此例程可以从代码中的任何位置多次调用。以下是参数说明−
Sr.No |
Parameter & Description |
1 |
thread 子例程返回的新线程的不透明唯一标识符。 |
2 |
attr 一个不透明的属性对象,可用于设置线程属性。可以指定线程属性对象,或指定 NULL 以使用默认值。 |
3 |
start_routine 一旦创建线程,线程将执行的 C++ 例程。 |
4 |
arg 可传递给 start_routine 的单个参数。它必须通过引用作为类型为 void 的指针强制转换传递。如果没有要传递的参数,则可以使用 NULL。 |
进程可以创建的最大线程数取决于实现。创建后,线程是同级线程,可以创建其他线程。线程之间没有隐含的层次结构或依赖关系。
Terminating Threads
我们使用以下例程终止 POSIX 线程−
#include <pthread.h>
pthread_exit (status)
此处, pthread_exit 用于显式退出线程。通常,pthread_exit() 例程在某个线程完成后且不再需要存在时才会调用。
如果 main() 在它创建的线程之前完成,并且退出时使用的是 pthread_exit(),则其他线程仍将继续执行。否则,它们将在 main() 完成时自动终止。
Example
此简单示例代码使用 pthread_create() 例程创建 5 个线程。每个线程打印一个“Hello World!”消息,然后通过调用 pthread_exit() 终止。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid) {
long tid;
tid = (long)threadid;
cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
使用 -lpthread 库编译以下程序,如下所示−
$gcc test.cpp -lpthread
现在,执行您的程序,该程序产生以下输出 −
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Hello World! Thread ID, 0
Hello World! Thread ID, 1
Hello World! Thread ID, 2
Hello World! Thread ID, 3
Hello World! Thread ID, 4
Passing Arguments to Threads
此示例展示如何通过结构传递多个参数。您可在线程回调中传递任何数据类型,因为它指向空值,如以下示例中说明 −
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
struct 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]);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
编译并执行上述代码后,将产生以下结果 −
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Thread ID : 3 Message : This is message
Thread ID : 2 Message : This is message
Thread ID : 0 Message : This is message
Thread ID : 1 Message : This is message
Thread ID : 4 Message : This is message
Joining and Detaching Threads
以下两个例程可用于连接或分离线程 −
pthread_join (threadid, status)
pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子例程会阻塞调用线程,直到指定的“threadid”线程结束。当创建了一个线程时,其一个属性用于定义它是可链接还是分离的。只有作为可连接的线程创建的线程才能被连接。如果一个线程作为分离的线程创建,它永远不能被连接。
此示例会演示如何使用 Pthread 连接例程等待线程完成。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *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;
// Initialize and set thread 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], &attr, wait, (void *)i );
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// free attribute and wait for the other threads
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);
}
编译并执行上述代码后,将产生以下结果 −
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Sleeping in thread
Thread with id : 0 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 1 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 2 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 3 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 4 .... exiting
Main: completed thread id :0 exiting with status :0
Main: completed thread id :1 exiting with status :0
Main: completed thread id :2 exiting with status :0
Main: completed thread id :3 exiting with status :0
Main: completed thread id :4 exiting with status :0
Main: program exiting.