C++11標准在標准庫中為多線程提供了組件，這意味着使用C++編寫與平台無關的多線程程序成為可能，而C++程序的可移植性也得到了有力的保證。另外，並發編程可提高應用的性能，這對對性能錙銖必較的C++程序員來說是值得關注的。
1. 何為並發
並發指的是兩個或多個獨立的活動在同一時段內發生。生活中並發的例子並不少，例如在跑步的時候你可能同時在聽音樂；在看電腦顯示器的同時你的手指在敲擊鍵盤。這時我們稱我們大腦並發地處理這些事件，只不過我們大腦的處理是有次重點的：有時候你會更關注你呼吸的頻率，而有時候你更多地被美妙的音樂旋律所吸引。這時我們可以說大腦是一種並發設計的結構。這種次重點在計算機程序設計中，體現為某一個時刻只能處理一個操作。
與並發相近的另一個概念是並行。它們兩者存在很大的差別。並行就是同時執行，計算機在同一時刻，在某個時間點上處理兩個或以上的操作。判斷一個程序是否並行執行，只需要看某個時刻上是否多兩個或以上的工作單位在運行。一個程序如果是單線程的，那么它無法並行地運行。利用多線程與多進程可以使得計算機並行地處理程序（當然 ，前提是該計算機有多個處理核心）。
- 並發：同一時間段內可以交替處理多個操作：
圖中整個安檢系統是一個並發設計的結構。兩個安檢隊列隊首的人競爭這一個安檢窗口，兩個隊列可能約定交替着進行安檢，也可能是大家同時競爭安檢窗口（通信）。后一種方式可能引起沖突：因為無法同時進行兩個安檢操作。在邏輯上看來，這個安檢窗口是同時處理這兩個隊列。
- 並行：同一時刻內同時處理多個操作：
圖中整個安檢系統是一個並行的系統。在這里，每個隊列都有自己的安檢窗口，兩個隊列中間沒有競爭關系，隊列中的某個排隊者只需等待隊列前面的人安檢完成，然后再輪到自己安檢。在物理上，安檢窗口同時處理這兩個隊列。
並發的程序設計，提供了一種方式讓我們能夠設計出一種方案將問題（非必須地）並行地解決。如果我們將程序的結構設計為可以並發執行的，那么在支持並行的機器上，我們可以將程序並行地執行。因此，並發重點指的是程序的設計結構，而並行指的是程序運行的狀態。並發編程，是一種將一個程序分解成小片段獨立執行的程序設計方法。
2.並發的基本方式途徑
多線程與多進程是並發的兩種途徑。
想象兩個場景：
- 場景一：你和小伙伴要開發一個項目，但小伙伴們放寒假都回家了，你們只能通過QQ聊天、手機通話、發送思維導圖等方式來進行交流，總之你們無法很方便地進行溝通。好處是你們各自工作時可以互不打擾。
- 場景二：你和小伙伴放假都呆在學校實驗室中開發項目，你們可以聚在一起使用頭腦風暴，可以使用白板進行觀點的闡述，總之你們溝通變得更方便有效了。有點遺憾的是你在思考時可能有小伙伴過來問你問題，你受到了打擾。
這兩個場景描繪了並發的兩種基本途徑。每個小伙伴代表一個線程，工作地點代表一個處理器。場景一中每個小伙伴是一個單線程的進程，他們擁有獨立的處理器，多個進程同時執行；場景二中只有一個處理器，所有小伙伴都是屬於同一進程的線程。
2.1 多進程並發
多個進程獨立地運行，它們之間通過進程間常規的通信渠道傳遞訊息（信號，套接字，文件，管道等），這種進程間通信不是設置復雜就是速度慢，這是因為為了避免一個進程去修改另一個進程，操作系統在進程間提供了一定的保護措施，當然，這也使得編寫安全的並發代碼更容易。
運行多個進程也需要固定的開銷：進程的啟動時間，進程管理的資源消耗。
2.2 多線程並發
在當個進程中運行多個線程也可以並發。線程就像輕量級的進程，每個線程相互獨立運行，但它們共享地址空間，所有線程訪問到的大部分數據如指針、對象引用或其他數據可以在線程之間進行傳遞，它們都可以訪問全局變量。進程之間通常共享內存，但這種共享通常難以建立且難以管理，缺少線程間數據的保護。因此，在多線程編程中，我們必須確保每個線程鎖訪問到的數據是一致的。
3. C++中的並發與多線程
C++標准並沒有提供對多進程並發的原生支持，所以C++的多進程並發要靠其他API——這需要依賴相關平台。
C++11 標准提供了一個新的線程庫，內容包括了管理線程、保護共享數據、線程間的同步操作、低級原子操作等各種類。標准極大地提高了程序的可移植性，以前的多線程依賴於具體的平台，而現在有了統一的接口進行實現。
C++11 新標准中引入了幾個頭文件來支持多線程編程：（所以我們可以不再使用 CreateThread 來創建線程，簡簡單單地使用 std::thread 即可。）
- < thread > :包含std::thread類以及std::this_thread命名空間。管理線程的函數和類在 中聲明.
- < atomic > :包含std::atomic和std::atomic_flag類，以及一套C風格的原子類型和與C兼容的原子操作的函數。
- < mutex > :包含了與互斥量相關的類以及其他類型和函數
- < future > :包含兩個Provider類（std::promise和std::package_task）和兩個Future類（std::future和std::shared_future）以及相關的類型和函數。
- < condition_variable > :包含與條件變量相關的類，包括std::condition_variable和std::condition_variable_any。
3.1 初試多線程
1、主進程等待子線程
#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>
using namespace std;
void thread01()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
Sleep(100);
}
}
void thread02()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
}
int main()
{
thread task01(thread01);
thread task02(thread02);
task01.join();
task02.join();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Main thread is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
system("pause");
}
2.主進程和子進程互不干擾
#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>
using namespace std;
void thread01()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
Sleep(100);
}
}
void thread02()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
}
int main()
{
thread task01(thread01);
thread task02(thread02);
task01.detach();
task02.detach();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Main thread is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
system("pause");
}
3.帶參數的子線程
#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>
using namespace std;
//定義帶參數子線程
void thread01(int num)
{
for (int i = 0; i < num; i++)
{
cout << "Thread 01 is working ！" << endl;
Sleep(100);
}
}
void thread02(int num)
{
for (int i = 0; i < num; i++)
{
cout << "Thread 02 is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
}
int main()
{
thread task01(thread01, 5); //帶參數子線程
thread task02(thread02, 5);
task01.detach();
task02.detach();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "Main thread is working ！" << endl;
Sleep(200);
}
system("pause");
}
4.多線程競爭的情況
有兩個問題，一是有很多變量被重復輸出了，而有的變量沒有被輸出；二是正常情況下每個線程輸出的數據后應該緊跟一個換行符，但這里大部分卻是另一個線程的輸出。
這是由於第一個線程對變量操作的過程中，第二個線程也對同一個變量進行各操作，導致第一個線程處理完后的輸出有可能是線程二操作的結果。針對這種數據競爭的情況，可以使用線程互斥對象mutex保持數據同步。
mutex類的使用需要包含頭文件mutex：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <Windows.h>
#include <mutex>
using namespace std;
mutex mu; //線程互斥對象
int totalNum = 100;
void thread01()
{
while (totalNum > 0)
{
mu.lock(); //同步數據鎖
cout << totalNum << endl;
totalNum--;
Sleep(100);
mu.unlock(); //解除鎖定
}
}
void thread02()
{
while (totalNum > 0)
{
mu.lock();
cout << totalNum << endl;
totalNum--;
Sleep(100);
mu.unlock();
}
}
int main()
{
thread task01(thread01);
thread task02(thread02);
task01.detach();
task02.detach();
system("pause");
}
3.2 在類中使用子線程的一個問題
當我們再類中使用子線程我們會發現，我們不能把初始函數設置為類的成員函數，必須要把成員函數設置成static類型的才可以，但是這有設計到一個問題，就是static的類成員函數不能調用非static的變量成員，下面是一個兩全其美的方法：
thread sendtask(bind(&client::sendata, this));//其中client是類的名字
這樣就可以解決我們的問題。