C++11 并发指南之多线程初探

什么是多线程

多线程是指在一个进程中运行的多个不同执行流程，每个执行流程叫做一个线程。多线程可以使程序并行执行，提高程序效率。

为什么要使用多线程

在单线程程序中，程序按照顺序执行，如果程序中出现了耗时的操作，程序就会变得非常慢。使用多线程可以使程序中的耗时操作在不同的线程中执行，从而提高程序的执行效率。另外，多线程也可以使程序变得更加灵活，可以根据需要创建和销毁线程，动态地分配线程的资源等。

如何使用多线程

在C++中，可以使用标准库中的std::thread来创建和管理线程。以下是一个示例程序：

#include <iostream>
#include <thread>

void sayHello() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(sayHello);
    t.join();
    return 0;
}

这里，我们定义了一个函数sayHello，用于输出文本“Hello, World!”。然后，在main函数中，我们创建了一个线程对象t，并将sayHello函数作为线程的入口函数。最后，我们调用了t.join()，等待线程t执行完毕。

如何保证线程安全

在多线程程序中，线程之间可能会相互干扰，造成程序出错。为了保证程序的正确性，需要对多线程程序进行保护。以下是一些常用的保护方式：

互斥锁

互斥锁是最常用的一种保护方式，它可以确保在任何时候只有一个线程可以访问被保护的资源。在C++中，可以使用std::mutex来创建一个互斥锁，如下所示：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_mtx;

void printNumber(int num) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mtx);
    std::cout << num << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(printNumber, 1);
    std::thread t2(printNumber, 2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

在这个示例程序中，我们定义了一个全局的互斥锁g_mtx，然后在printNumber函数中，使用std::lock_guard来保护了输出语句。这样，在任何时候，只有一个线程可以访问输出语句。

条件变量

条件变量是另一种常用的保护方式，它可以在多个线程之间进行通信。在C++中，可以使用std::condition_variable来创建一个条件变量，如下所示：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex g_mtx;
std::condition_variable g_cv;
bool g_ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mtx);
    g_ready = true;
    std::cout << "Worker is working!" << std::endl;
    g_cv.notify_all();
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mtx);
    while (!g_ready) {
        g_cv.wait(lock);
    }
    std::cout << "Main thread is working!" << std::endl;
    t.join();
    return 0;
}

在这个示例程序中，我们定义了一个全局的条件变量g_cv和一个布尔变量g_ready，然后在worker函数中，将g_ready设置为true，并通过g_cv.notify_all()来通知等待的线程。在main函数中，我们使用g_cv.wait(lock)来等待g_ready为true。当g_ready为true时，g_cv.wait(lock)会解除阻塞，然后输出文本“Main thread is working!”。

结束语

以上是一个简单的多线程程序的示例，希望能对你有所帮助。当然，在实际的程序中，多线程的应用远远不止于此，还需要考虑如何合理地分配和管理线程等问题。