C++学习之线程详解
目录
- 开篇
- 线程的状态
- 多线程的构建
- 计算时间
- 一、程序运行时间
- 二、chrono
- 共享资源和互斥锁
- condition_variable
- 线程池
- 总结
开篇
多线程是开发中必不可少的,往往我们需要多个任务并行,就需要多线程开发;就好比图像检测和图像结果的处理,这就是一个可闭环的任务,用多线程是可以加速这个任务的;
线程的状态
就绪态:线程能够运行,正在等待处理机资源;
运行态:正在运行,可能有多个线程处于运行态;
阻塞态:线程由于等待某些条件而无法运行,例如IO、锁、互斥量等;
终止态:线程从起始函数返回或被取消;
多线程的构建
有三种方式可以构建多线程,前提是都需要引入pthread.h这个头文件;
1、函数;
2、仿函数;
3、Lambda表达式;
三者的本质都是在调用函数;
// 函数方式 void fun(string s){ cout<< &s<<endl; cout<< "first thread programm"<<s<<endl; } int main(){ string s = "Hell world"; thread th = thread(fun, s); th.join(); }
上面代码为最简单线程的一个构造;
join函数是一个等待线程完成函数,主线程需要等待子线程运行结束才可以结束;还有一个detach的函数,会让线程在后台运行,需要等到程序退出才结束;
计算时间
计算时间在这里介绍两种方式:
一、程序运行时间
long n =0; clock_t start,finish; start=clock(); while(n<1000000000) n++; finish=clock(); printf("spend time %f s \n", (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC); printf("spend time %f ms \n", (double)(finish-start)/1000);
这种方式和系统时间无关,一般用来调试时打印时间;
二、chrono
#include <chrono> //方式三 chrono std::chrono::system_clock::time_point Cstart = std::chrono::system_clock::now(); //系统时间 // std::chrono::steady_clock::time_point Cstart = std::chrono::steady_clock::now(); //稳定时间 long n =0 ; while(n<1000000000)n++; std::chrono::system_clock::time_point Cend = std::chrono::system_clock::now(); //系统时间 std::chrono::duration<float> spend_time = Cend-Cstart; cout<<spend_time.count()<<endl;
这个方式用系统时间进行计算,在实际程序中用这个方式;
共享资源和互斥锁
关于互斥锁的概念,引用这篇博主的讲解:文章
引入互斥锁原因:当有两个线程共享一块资源时,容易造成冲突,也就是上个线程还没结束就进行下个线程,举个例子就是读写操作,添加互斥锁可以很好的解决这个冲突问题;
互斥锁是个简单的加锁方法,互斥锁只有两种状态:上锁(lock)和解锁(unlock);
互斥锁特点:
1、原子性:把一个互斥量锁定为一个原子操作,这意味着如果一个线程锁定了一个互斥量,没有其他线程在同一时间可以成功锁定这个互斥量;
2、唯一性:如果一个线程锁定了一个互斥量,在它解除锁定之前,没有其他线程可以锁定这个互斥量;
3、非繁忙等待:如果一个线程已经锁定了一个互斥量,第二个线程又试图去锁定这个互斥量,则第二个线程将被挂起(不占用任何cpu资源),直到第一个线程解除对这个互斥量的锁定为止,第二个线程则被唤醒并继续执行,同时锁定这个互斥量。
互斥锁的使用:
mutex mtx; //创建互斥锁对象 mtx.lock(); g_pcm_elapseds.push_back(std::make_pair(pcm_data, elapsed)); // 执行语句 mtx.unlock();
condition_variable
condition_variable条件变量可以阻塞(wait)调用的线程直到使用(notify_one或notify_all)通知恢复为止
使用案例:
std::mutex mtx; std::condition_variable cv; bool ready = false; void print_thread_id(int id){ std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); cv.wait(lck,[]{return ready;}); std::cout<< "thread"<<id <<endl; } void go(){ std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); ready = true; cv.notify_all(); // 唤醒所有线程 }; int main(){ std::thread threads[10]; for(int i=0;i<10;i++){ threads[i] = std::thread(print_thread_id,i); } std::cout<< " thread read all done"<<endl; go(); for(auto &th:threads) th.join(); return 0; }
线程池
作用:每一个任务都起一个线程,这样的效率是不高的,起一个线程池,哪个线程空闲就来处理任务,这样的结构高效;
实现思想:管理一个任务队列,一个线程队列,然后每次取一个任务队列分配给一个线程去做,循环反复;
这里参考一个Github:地址
其中的ThreadPool.h头文件写的很好,可以直接使用;
总结
线程这部分涉及的知识点比较多,实现起来细节也多。本篇先对其中的概念部分进行总结,实战代码部分可参考我提供的文章进行学习。后续有精力会更新在线程的实战,想要掌握线程还是需要从实战中学习。
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