C++ Multithreading
多线程是多任务处理的一种特殊形式,多任务处理功能允许您的计算机同时运行两个或多个程序。 通常,有两种类型的多任务处理:基于进程和基于线程。
基于进程的多任务处理程序的并发执行。 基于线程的多任务处理同时执行同一程序的各个部分。
多线程程序包含两个或多个可以并发运行的部分。 这样的程序的每个部分称为线程,每个线程定义一个单独的执行路径。
C ++不包含对多线程应用程序的任何内置支持。 相反,它完全依赖于操作系统来提供此功能。
本教程假设您正在使用Linux OS,我们将使用POSIX编写多线程C ++程序。 POSIX Threads或Pthreads提供的API可用于许多类似Unix的POSIX系统,如FreeBSD,NetBSD,GNU/Linux,Mac OS X和Solaris。
创建线程
以下例程用于创建POSIX线程 -
#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
这里, pthread_create创建一个新线程并使其可执行。 可以在代码中的任何位置任意调用此例程。 以下是参数的说明 -
Sr.No | 参数和描述 |
---|---|
1 | thread 子例程返回的新线程的不透明唯一标识符。 |
2 | attr 一个opaque属性对象,可用于设置线程属性。 您可以指定线程属性对象,或者为默认值指定NULL。 |
3 | start_routine 线程创建后将执行的C ++例程。 |
4 | arg 可以传递给start_routine的单个参数。 它必须通过引用传递为void类型的指针转换。 如果不传递参数,则可以使用NULL。 |
进程可以创建的最大线程数取决于实现。 一旦创建,线程就是对等的,并且可以创建其他线程。 线程之间没有隐含的层次结构或依赖关系。
终止线程
我们使用以下例程来终止POSIX线程 -
#include <pthread.h>
pthread_exit (status)
这里pthread_exit用于显式退出线程。 通常,在线程完成其工作并且不再需要存在之后调用pthread_exit()例程。
如果main()在它创建的线程之前完成,并且使用pthread_exit()退出,则其他线程将继续执行。 否则,当main()完成时,它们将自动终止。
Example
这个简单的示例代码使用pthread_create()例程创建了5个线程。 每个主题都打印出一个“Hello World!” 消息,然后通过调用pthread_exit()终止。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid) {
long tid;
tid = (long)threadid;
cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
使用-lpthread库编译以下程序,如下所示 -
$gcc test.cpp -lpthread
现在,执行您的程序,它提供以下输出 -
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Hello World! Thread ID, 0
Hello World! Thread ID, 1
Hello World! Thread ID, 2
Hello World! Thread ID, 3
Hello World! Thread ID, 4
将参数传递给线程
此示例显示如何通过结构传递多个参数。 您可以在线程回调中传递任何数据类型,因为它指向void,如以下示例中所述 -
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
struct thread_data {
int thread_id;
char *message;
};
void *PrintHello(void *threadarg) {
struct thread_data *my_data;
my_data = (struct thread_data *) threadarg;
cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
cout << " Message : " << my_data->message << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
struct thread_data td[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
td[i].thread_id = i;
td[i].message = "This is message";
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&td[i]);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
编译并执行上述代码时,会产生以下结果 -
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Thread ID : 3 Message : This is message
Thread ID : 2 Message : This is message
Thread ID : 0 Message : This is message
Thread ID : 1 Message : This is message
Thread ID : 4 Message : This is message
加入和分离线程
我们可以使用以下两个例程来连接或分离线程 -
pthread_join (threadid, status)
pthread_detach (threadid)
pthread_join()子例程阻塞调用线程,直到指定的threadid线程终止。 创建线程时,其中一个属性定义它是可连接还是已分离。 只能创建作为可连接创建的线程。 如果将线程创建为已分离,则永远不会将其连接。
此示例演示如何使用Pthread连接例程等待线程完成。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *wait(void *t) {
int i;
long tid;
tid = (long)t;
sleep(1);
cout << "Sleeping in thread " << endl;
cout << "Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
int rc;
int i;
pthread_t threads[NUM_THREADS];
pthread_attr_t attr;
void *status;
// Initialize and set thread joinable
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], attr, wait, (void *)i );
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// free attribute and wait for the other threads
pthread_attr_destroy(&attr);
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
rc = pthread_join(threads[i], &status);
if (rc) {
cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
exit(-1);
}
cout << "Main: completed thread id :" << i ;
cout << " exiting with status :" << status << endl;
}
cout << "Main: program exiting." << endl;
pthread_exit(NULL);
}
编译并执行上述代码时,会产生以下结果 -
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Sleeping in thread
Thread with id : 0 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 1 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 2 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 3 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 4 .... exiting
Main: completed thread id :0 exiting with status :0
Main: completed thread id :1 exiting with status :0
Main: completed thread id :2 exiting with status :0
Main: completed thread id :3 exiting with status :0
Main: completed thread id :4 exiting with status :0
Main: program exiting.