std::thread线程详解

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• 简介
• 线程的使用
  • 线程的创建
  • 线程的方法和属性
  • std::jthread (C++20)
  • stop_token (C++20)
• 总结
• Ref

简介

本文主要介绍了标准库中的线程部分。线程是目前多核编程里面最重要的一部分。
与进程进程相比，其所需的资源更少，线程之间沟通的方法更多； 他们之间的区别可以比较简明用以下几点概括[1]：

1. 进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位；也就是说进程之间的资源是相互隔离，而线程之间的是可以相互访问的。
2. 线程的存在依赖于进程，一个进程可以保护多个线程；
3. 进程出现错误不会影响其他进程，但是一个线程出现错误，会影响同一进程下的所有线程。

线程的使用

线程的创建

一般使用std::thread创建一个线程。std::thread支持输入一个函数对象，及一些参数，类似于std::bind，不过没有占位符。

最常见，最简单的是对输入一个匿名函数作为参数：

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std::thread t1([]() {
  std::cout << "Hello World" << std::endl;
});
t1.join();

需要注意的是，在使用多线程的时候，如果使用类似于std::cout << "Hello World" << std::endl;的语句，容易造成输出的混乱。比如

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std::thread t1([]() {
  std::cout << "Hello World1" << std::endl;
});
std::thread t2([]() {
  std::cout << "Hello World2" << std::endl;
});
t1.join();
t2.join();

以上代码，我们一般来说期望的输出是

但是，在一些情况下，它还会以以下的方法输出

造成这个的原因很简单，因为"Hello World"和std::endl的输出是分开的，所以他们之间可能被插入其他的输出。为了解决这个问题。一般会使用一个完整的字符串进行输出，但是C++在格式化这一方面做的比较差（C++20的format库看起来还不错），所以一般情况下会使用printf输出。

线程的方法和属性

1. joinable()判断线程是否可连接（可执行线程）的，有以下情况的，为不可连接的：

   1. 构造时，thread()没有参数；
   2. 该对象的线程已经被移动了；
   3. 该线程已经被join或detach；

2. get_id() 返回线程的ID；

3. native_handle() 返回POSIX标准的线程对象；

4. join() 等待线程执行完成；

5. detach() 分离线程，分离后对象不再拥有线程。该线程结束后，会自动回收内存。（并不会开启另一个进程）；

6. swap() 交换对象的线程。

std::jthread (C++20)

除了常用的std::thread外，标准库还存在着另一个可以创建线程的类，std::jthread。他们之间的差别比较明显的就是，std::jthread会在解构的时候判断线程是否还在运行joinable，如果还在运行则自动调用request_stop和join。

除此之外，std::jthread还提供了一个内置的std::stop_token。可以通过线程函数的第一个参数来获取（如果函数的第一个参数类型为std::stop_token）。

可以通过get_stop_source、get_stop_token、request_stop等方法来对其进行操作。

stop_token (C++20)

stop_token类似于一个信号，告诉线程是否到了结束的时候。和stop_source一起使用。stop_token用来获取是否退出（读），而stop_source用来请求推出（读写）。其方法：

1. request_stop 请求退出

2. stop_requested 获取是否已经请求退出

3. stop_possible 获取是否可以请求退出

样例：

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void thread_func(std::stop_token token) {
    int data = 0;
    while (!token.stop_requested()) {
        printf("%d
", data);
        data++;
        std::this_thread::sleep_for(1s);
    }
    printf("Exit
");
}

int main() {
    std::jthread mythread(thread_func);

    std::this_thread::sleep_for(4s);

    return 0;
}

输出：

总结

本次讲述了线程创建的一些方法，可以看到相比较C语言而言，由于C++11提出的函数对象（普通函数、匿名函数，std::bind的输出等）使得线程的创建更加的方便。

下一次将讲述线程之间的通信。在C++中，线程之间的通信方法和C语言提供的类似，不过是将其包装了一下。