线程封装,互斥

线程封装

C/C++代码混编引起的问题

此处pthread_create函数要求传入参数为void * func(void * )类型,按理来说ThreadRoutine满足,但是
这是在内类完成封装,所以ThreadRoutine函数实际是两个参数,第一个参数Thread* this不显示

解决方法:
第一种:写在类外,不推荐,封装性质降低
第二种:

首先将方法写为static方法,然后为了调用_func函数,将原本传入的参数由名称指针改为this指针
然后对this指针进行修改,用void*接受,利用static_cast<>可以更好的适应(自动变为我们需要的指针类型)
这边的t就是this,但是不能写为this,与内置冲突

多线程的创建和管理

c++11语法的使用

• push_back：需要一个已经构造好的对象，并将其复制或移动到容器中。
• emplace_back：直接在容器末尾构造对象，避免了不必要的复制或移动操作

利用模版参数进行传递修改代码,保障自己需要的内容是什么

这样就完成了一个带自定义参数的线程任务的创建执行

完整代码
Thread.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <functional>using namespace std;
template<class T>
using func_t = function<void(T)>;
template<class T>
class Thread
{
public:Thread(const string& name, func_t<T> func, T data):_tid(0), _name(name), _isrunning(false), _func(func), _data(data){}static void* ThreadRoutine(void* args){Thread* t = static_cast<Thread*>(args);t->_func(t->_data);exit(0);}bool Start(){int n = pthread_create(&_tid, nullptr, ThreadRoutine, this);if(n == 0){_isrunning = true;return true;}else {return false;}}bool join(){if(!_isrunning){return true;}int n = pthread_join(_tid, nullptr);if(n == 0){_isrunning = false;return true;}else {return false;}}~Thread(){cout << "~Thread()" << endl;}bool IsRunning(){return _isrunning;}
private:pthread_t _tid;string  _name;bool _isrunning;func_t<T> _func;T _data;
};

main.cc

#include <iostream>
#include "Thread.hpp"
#include <vector>void Print(int cnt)
{while(cnt--){cout << "hello world" << endl;sleep(1);}
}
string GetThreadName()
{static int num = 0;return static_cast<string>("Thread-") + to_string(++num);
}int main()
{Thread<int> t(GetThreadName(), Print, 10);t.Start();t.join();// int num = 5; // vector<Thread> threads;// for(int i = 0; i < num; ++i)// {//     threads.emplace_back(Print, GetThreadName());// }// for(int i = 0; i < num; ++i)// {//     cout << "Is thread is running? " << threads[i].IsRunning() << endl;// }// for(int i = 0; i < num; ++i)// {//     threads[i].Start();// }// for(int i = 0; i < num; ++i)// {//     cout << "Is thread is running? " << threads[i].IsRunning() << endl;// }// for(int i = 0; i < num; ++i)// {//     threads[i].join();// }return 0;
}

makefile文件

test_Thread:main.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:rm -f test_Thread

线程互斥

单线程抢票逻辑:

多线程模拟实现:

多线程会出现线程同步访问一个数据的情况,这种情况是不允许的,也不希望出现这种情况
任何时刻,只允许一个线程正在访问共享资源,这样的资源叫做临界资源

互斥:任何时候只允许一个执行流进入临界区
访问临界资源,起到保护作用
原子性:不会被任何调度机制打断,该操作只有两态,要么完成,要么未完成
例如:

int cnt = 10;
cnt++;

这串代码会在汇编情况下变为三条语句

他并不是原子的,多线程下,任何一句都可能被打断
计算机内硬件(寄存器)只有一套,但是数据是各自的私有的

多线程并发访问的时间片截止到时数据不一致问题:

对于线程 1:
第一步 从内存将数值10写入寄存器
第二步 加加操作
在这时,他的时间片到了,那么这个时候就会进行上下文的保存

然后回进行线程2的运行:
第一步,第二步,…循环进行到cnt的值假设到了100
这时轮到线程1,线程1会进行上下文内的替换
那么这个100会被替换为11,这样这个操作就付之东流了~~

这个现象说明了,多线程并发访问cnt,不是原子的
会有数据不一致的并发访问问题

那么ticket变为负数也是这样的,这完全就是混乱的,判断也是计算
CPU有四种功能,

算:算术运算
逻:逻辑运算
中:处理内外中断
控:控制单元(时钟单元,取指令,用指令的执行)

比如上述减到负数,是因为,刚开始是并行执行逻辑判断假设ticket == 1,但是到了–操作时变成了穿行执行,假设是同时是4个执行流进入,执行流同时进行减减操作,就会减为负数的情况
这是小概率的事件,但是本质就是如此

数据在内存中是被线程共享的.
数据被读到寄存器中,本质就变成了线程的上下文,属于线程的私有数据

此时就需要加锁进行保护

加锁、解锁

认识接口

linux中进行加锁:使用pthread_mutex_init (mutex:互斥量)

要使用全局定义一个锁,就需要进行初始化
类型为pthread_mutex_t
初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
也不需要对他进行销毁,全局变量会自动进行销毁

要定义为一个局部的锁,就需要使用函数

局部的锁要进行销毁操作

解决问题

创建之后的加锁解锁函数

理解锁

加锁(以牺牲效率为代价进行解决问题):

1.给尽可能少的代码块进行加锁
2.一般加锁,都是给临界区进行加锁
执行加锁代码:

可以看到虽然正常执行,但是代码的执行速度显著下降
去掉加锁后,速度又快了不少

1.锁被创建之后,虽然它是全局变量,但是它是安全的,本身是原子性的.
2.程序员自己必须保障给临界区加锁
3.根据锁的定义,加锁只允许一个执行流进入这个临界区,所以加锁操作也只存在在一个执行流中,这时多个线程申请锁失败,失败的线程在mutex上进行阻塞,即本质进行等待
所以上述就有了,

pthread_mutex_trylock()的使用,成功往下走,不成功返回一个值进行程序员自行发挥
4.加锁之后,线程也可能会切换,但是其他线程处于等待状态,所以相当于当前线程抱着锁走,等他解锁才会被完全切换到其他线程(这把锁被使用期间,不能别其他任何线程使用,这也很好的保证了他的原子性)

喜欢不妨来个三连~~~