C++11：多線程與鎖

多線程是小型軟件開發必然的趨勢。C++11將多線程相關操作全部集成到標準庫中了，省去了某些坑庫的編譯，真是大大的方便了軟件開發。多線程這個庫簡單方便實用，下面給出簡單的例子

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;

volatile int val;
mutex mut;

void icrement () {
	for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
		mut.lock ();
		val++;
		mut.unlock ();
	}
}

int main (int argc, char* argv []) {
	//創建兩個線程
	thread t1 (icrement);
	thread t2 (icrement);
	//等待兩個線程執行完
	t1.join ();
	t2.join ();
	cout << val << endl;
	return 0;
}

概念有點多。首先得引入thread與mutex這兩個頭文件，其中thread與線程有關，mutex與鎖有關。然後是兩個全局變量，由於兩個線程都會訪問，所以加上volatile關鍵字，代表不要對這變量進行優化，然後是mutex，這個就是鎖咯。

然後，下面的main函數中，首先創建兩個線程，然後等待兩個線程執行完，然後輸出結果。最後是increment函數，這函數循環一億次，不停的加鎖解鎖，控制着val變量的訪問。鎖還提供一個函數，比如這樣調用 mut.try_lock (); ，立即返回bool類型，true代表加鎖成功，false代表加鎖失敗。

這是最基本的情況。對於普通的加鎖解鎖操作，使用lock、unlock就夠用了。但如果分支太多，這個就不好控制了。C++11提供了一種自動鎖的機制，比如上面代碼可以替換成這樣：

void icrement () {
	for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
		//調用即加鎖，離開大括號作用域自動解鎖
		lock_guard<mutex> lock (mut);
		val++;
	}
}

自動鎖就不用刻意的解鎖了，對於多分支的情況相當方便。

除了普通的鎖之外，還有三種鎖：

recursive_mutex rm;//遞歸鎖
recursive_timed_mutex rtm;//遞歸超時鎖
timed_mutex tm;//超時鎖

遞歸鎖用在遞歸的場合，超時鎖也就是普通鎖加上超時功能，基本功能與鎖相同。

鎖方便控制代碼邏輯，但如果只是控制訪問一個變量的話，有一種更好的選擇，那就是原子。詳見C++11：原子操作

關於代碼邏輯的控制，除了thread之外，還有一種，std::async，用於接收線程函數的返回值。關於返回值，通過thread的引用參數也可以傳遞，std::async只是讓代碼邏輯更清晰而已。示例代碼如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <future>

int main (int argc, char* argv []) {
	std::future<int> future = std::async (std::launch::async, [] () {
		std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds (3));
		return 4;
	});
	std::future_status status;
	do {
		status = future.wait_for (std::chrono::seconds (1));
		if (status == std::future_status::ready) {
			std::cout << "std::future_status::ready" << std::endl;
		} else if (status == std::future_status::timeout) {
			std::cout << "std::future_status::timeout" << std::endl;
		} else if (status == std::future_status::deferred) {
			std::cout << "std::future_status::deferred" << std::endl;
		}
	} while (status != std::future_status::ready);
	std::cout << future.get () << std::endl;
	return 0;
}

使用async首先需要引入future這個頭文件。然後是std::async這個函數，它返回一個std::future這個模板類型，類型取決於函數的返回值。

第一個參數代表啓動方式，std::launch::async代表調用函數時啓動，std::launch::deferred代表創建後掛起線程，當執行std::future<>.get()時才執行線程。

第二個參數傳入函數，可以是函數地址、lambda表達式或仿函數等。如果有參數的話，可以在調用std::async時加參數就行了。

這個線程執行兩句話，sleep_for這行的意思是線程暫停3秒。個人感覺這語法太複雜了，還不如微軟Sleep來的簡潔。暫停線程之後，直接返回4。

然後 我們定義一個future的狀態，future_status，用於獲取線程執行結果。這兒可以直接用get()，表示等待線程執行完，那麼就不用future了，也跟單線程沒區別了，所以還是用wait_for來獲取狀態。獲取狀態後進行判斷。如果爲std::future_status::ready，代表線程已經執行完畢；如果爲std::future_status::timeout，表示等待了wait_for傳入的時間之後，線程還沒執行完畢，還在繼續執行；如果爲std::future_status::deferred，代表線程還處於掛起狀態。我用的VS2013 Communicaty Update4，發現無論如何也無法處於std::future_status::deferred狀態，據說是我這個版本的bug，在VS2015中修復。個人建議，掛起線程這個儘量不用，調用get來獲取還不如直接單線程來的直接。

然後是future.get，用於獲取線程的返回值。如果線程並沒執行完那麼就一直等着。除此之外還有一個相似的函數，wait，用來等待線程執行結束，效果差不多。

以上代碼不出所料，執行結果如下：