Linux下c++ 多線程相關(thread, mutex, atomic消息隊列)

環境

• wsl ubuntu 18.04 LTS
• gcc version 7.5.0
  

其實這個並不重要，就圖個儀式感，hh。不過必須是在Linux系統下實現的，windows平台是不可以的，c++在windows平台實現多線程不是使用的這個庫

時間片輪轉

代碼

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void func(int i,int times){
    puts("thread id: ");
    for(int i=0;i<=times;i++)
        printf("%d ",i);
    cout<<endl;
}

int main() {
    thread th[5];

    for(int i=0;i<5;i++)
        th[i]=thread(func,i,40);// 這里的times參數最好大一點，才能看出效果
    // thread 傳入的參數為：函數指針，函數的各個參數
    for(int i=0;i<10;i++)
        th[i].join();
    return 0;
}

編譯

g++ main.cpp -o main -lpthread #這里的 -lpthread 是鏈接thread庫，很重要，不添加的話會編譯不通過

這樣重復運行程序，會發現每次的輸出不一樣。這就是不同線程時間片輪轉的結果

線程同步

代碼

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

int n;

void func() {
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
		n++;
}
int main() {
	thread th[100];

	for (thread &it : th)
		it = thread(func);

	for (thread &it : th)
		it.join();

	cout << n << endl;

	return 0;
}

按照邏輯應該輸出 1000000，但是實際上並沒有，往往小於此值。因為各個線程出現了同時訪問n的情況，所以針對這種情況，我們需要用到互斥鎖

為什么不能使用 std::atomic？

在mutex庫中常用的std::mutex和std::atomic都可實現互斥訪問，我們常常為了追求更高的效率，會用std::atomic而不是std::mutex，並且std::atomic的使用更加方便易懂，但是如果我們要用std::atomic和std::queue來實現消息隊列，是不可行的，接下來我會根據我所找到的資料，做一個大致的解釋。

• 先放一個stackoverflow上大佬的大致解釋

  A) atomic <queue <T>> fifo;

  B) queue <atomic <T>> fifo;

  兩種方式都是不可以的，A甚至不能正確編譯，B可以實現原子操作的讀和寫，但是無法實現queue的例如pop(), push()等操作

• 首先，atomic<T> var中，T的類型必須是TriviallyCopyable(翻譯過來可以理解成拷貝不變)。那么是TriviallyCopyable呢？文檔如下

  Scalar types標量類型

  • 標量類型（Scalar type）是相對復合類型（Compound type）來說的：標量類型只能有一個值，而復合類型可以包含多個值。復合類型是由標量類型構成的。
  • 在C語言中，整數類型（int、short、long等）、字符類型（char、wchar_t等）、枚舉類型（enum）、小數類型（float、double等）、布爾類型（bool）都屬於標量類型，一份標量類型的數據只能包含一個值
  • 結構體（struct）、數組(array)、字符串(string)都屬於復合類型，一份復合類型的數據可以包含多個標量類型的值，也可以包含其他復合類型的值。

  • rivially copyable classes, i.e. classes satisfying following requirements拷貝不變類，也就是滿足以下條件：

    • At least one copy constructor, move constructor, copy assignment operator, or move assignment operator is eligible必須有一個拷貝構造函數，或者移動構造函數，或者拷貝賦值運算符，或者移動賦值運算符
    • Every eligible copy constructor (if any) is trivial每個復制構造函數均為平凡或棄置的
    • Every eligible move constructor (if any) is trivial每個移動構造函數均為平凡或棄置的
    • Every eligible copy assignment operator (if any) is trivial每個復制賦值運算符均為平凡或棄置的
    • Every eligible move assignment operator (if any) is trivial每個移動賦值運算符均為平凡或棄置的
    • Has a trivial non-deleted destructor平凡而未棄置的析構函數

  • Arrays of TriviallyCopyable objects可平凡復制 (TriviallyCopyable) 對象的數組

    (補充：什么叫平凡類函數呢？簡單點講就是如果類T滿足：1. 函數不是用戶提供的，即他是隱式定義或者預置的；2. T沒有虛成員函數；3. T沒有虛基類；4. 為 T 的每個直接基類選擇的復制構造函數都是平凡的；5. 為 T 的每個類類型（或類類型數組）的非靜態成員選擇的復制構造函數都是平凡的)

所以講了一大堆，就是一個意思，用std::atomic和std::queue來實現消息隊列，是不可行的！

實現對queue的操作保護只能是使用mutex!