目录
多线程
互斥锁
Mutex 系列类(四种)
- std::mutex，最基本的 Mutex 类。
- std::recursive_mutex，递归 Mutex 类。
- std::time_mutex，定时 Mutex 类。
- std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。
Lock 类（两种）
- std::lock_guard
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。 - std::unique_lock
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，提供了更好的上锁和解锁控制，但同时也占用了更大的空间。
其他类型
- std::once_flag
- std::adopt_lock_t
- std::defer_lock_t
- std::try_to_lock_t
函数
- std::try_lock，尝试同时对多个互斥量上锁。
- std::lock，可以同时对多个互斥量上锁。
- std::call_once，如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once 可以保证多个线程对该函数只调用一次。
锁介绍
std::mutex
std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量，std::mutex 对象提供了独占所有权的特性——即不支持递归地对 std::mutex 对象上锁，而 std::recursive_lock 则可以递归地对互斥量对象上锁。
std::mutex 的成员函数
- 构造函数，std::mutex不允许拷贝构造，也不允许 move 拷贝，最初产生的 mutex 对象是处于 unlocked 状态的。
- lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面 3 种情况
- 如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用 unlock之前，该线程一直拥有该锁。
- 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。
- 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
- unlock()， 解锁，释放对互斥量的所有权。
- try_lock()，尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞。线程调用该函数也会出现下面 3 种情况
- 如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用 unlock 释放互斥量。
- 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回 false，而并不会被阻塞掉。
- 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
std::recursive_mutex
std::recursive_mutex 与 std::mutex 一样，也是一种可以被上锁的对象，但是和 std::mutex 不同的是，std::recursive_mutex 允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，std::recursive_mutex 释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()，可理解为 lock() 次数和 unlock() 次数相同，除此之外，std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。
std::time_mutex
std::time_mutex 比 std::mutex 多了两个成员函数，try_lock_for()，try_lock_until()。
- try_lock_for 函数接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与 std::mutex 的 try_lock() 不同，try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回 false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。
- try_lock_until 函数则接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。
std::recursive_timed_mutex
和std:recursive_mutex 与 std::mutex 的关系一样，std::recursive_timed_mutex 的特性也可以从 std::timed_mutex 推导出来，感兴趣的同鞋可以自行查阅。 ;-)
std::lock_guard
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁
lock_guard 类不可复制
std::unique_lock
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制
允许延迟锁定、锁定的有时限尝试、递归锁定、所有权转移和条件变量一同使用。
unique_lock 可移动，但不可复制.
异步
std::async 这个接口可以方便的获取线程函数的执行结果。std::async 会自动创建一个线程调用线程函数，返回一个 std::future ，future中存储了线程函数返回结果，当需要线程函数返回结果时，直接从future中获取。
std::future
可以通过同步等待的方式获取结果，可以通过查询future的状态来获取异步操作的结果
- deferred
异步操作还没有开始 - ready
异步操作已经完成 - timeout
异步操作超时
使用示例
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
int main(void)
{
std::packaged_task<int()> task([]() { sleep(2); return 5; });
std::future<int> f = task.get_future();
std::future_status status;
std::thread(std::ref(task)).detach();
do
{
status = f.wait_for(std::chrono::seconds(1));
if (status == std::future_status::deferred)
{
std::cout << "deferred" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::timeout)
{
std::cout << "timeout" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::ready)
{
std::cout << "ready" << std::endl;
}
} while (status != std::future_status::ready);
return 0;
}std::promise
std::promise 为获取线程函数中某个值提供便利，在线程函数中给外面传进来的promise赋值，当线程函数执行完成后就可以通过promise获取该值，取值是间接的通过promise内部提供的future来获取的
使用示例
#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
typedef struct
{
std::string name;
int age;
}Info;
int main(void)
{
std::promise<int> pr;
std::thread([](std::promise<int> &p) { p.set_value_at_thread_exit(10); }, std::ref(pr)).detach();
std::future<int> f = pr.get_future();
std::cout << "value: " << f.get() << std::endl;
std::promise<Info> pr2;
std::thread([](std::promise<Info> &p) { p.set_value_at_thread_exit({"dinfang", 25}); }, std::ref(pr2)).detach();
auto f2 = pr2.get_future();
std::future_status status;
/*
* get方法最多只能调用一次, 否则会抛出异常.
* 可以使用valid方法来检测共享状态有效性, 共享状态下可以调用get, 调用get后, 处于非共享状态
* */
bool isShared = f2.valid();
if (isShared)
{
Info info = f2.get();
std::cout << "name: " << info.name << std::endl
<< "age: " << info.age << std::endl;
}
else
{
std::cout << "no shared!" << std::endl;
}
return 0;
}std::packaged_task
std::packaged_task 包装了一个可调用的目标(如function, lambda expression, bind expression, another function object)，以便异步调用，它和promise在某种程度上相似，promise保存了一个共享的值，而packaged_task保存的是一个函数
总的来说就是 packaged_task 打包一个要执行的任务, 并且可以与一个 future 建立共享关联.
通过future对象get方法获取的是目标执行的结果
使用示例
#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
void foo(std::future<std::string> &fut, std::packaged_task<std::string(void)> &tsk)
{
std::packaged_task<std::string(void)> tsk1([](void) {
std::cout << "task..." << std::endl;
return "hello world";
});
tsk = std::move(tsk1);
fut = tsk.get_future();
/* make_ready_at_thread_exit 使用场景示例 */
tsk.make_ready_at_thread_exit();
}
int main(void)
{
std::packaged_task<std::string(void)> task;
std::future<std::string> fut;
std::thread(foo, std::ref(fut), std::ref(task)).join();
std::future_status status;
do
{
status = fut.wait_for(std::chrono::seconds(1));
if (status == std::future_status::deferred)
{
std::cout << "deferred" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::timeout)
{
std::cout << "timeout" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::ready)
{
std::cout << "ready" << std::endl;
std::cout << fut.get() << std::endl;
}
} while (status != std::future_status::ready);
return 0;
}使用示例2
reset的使用
#include <iostream>
#include <future>
int main(void)
{
std::packaged_task<int(int, int)> task([](int a, int b) { return a + b; });
auto fut = task.get_future();
task(2, 3);
std::cout << fut.get() << std::endl;
task.reset();
/* reset之后, 需要重新get_future() */
task(5, 8);
fut = task.get_future();
std::cout << fut.get() << std::endl;
return 0;
}总结
std::future 提供了一个访问异步操作结果的机制，它和线程同样属于低层次对象，在它之上是 std::packaged_task 和 std::promise ，它们内部都有future以便访问异步操作结果。std::packaged_task 包装的是一个异步操作，而 std::promise 包装的是一个值，当需要获取线程中某个值，就用 std::promise ，当需要获取一个异步操作的返回值，用 std::packaged_task 。
std::async 先将异步操作用 std::packaged_task 包装起来，然后将异步操作结果放到 std::promise 中，这就是创造未来的过程。外面通过 future.get/wait 来获取这个未来的结果。
std::async 是更高层次上的异步操作，不用关心线程创建内部细节，方便获取异步执行状态和结果，而且可以指定线程创建策略。
std::async 原型 async(std::launch::async | std::launch::deferred, f, args...)
第一个参数是线程的创建策略，默认是立即创建线程
- std::launch::async
在调用async就开始创建线程 - std::launch::deferred
延迟加载方式创建线程, 调用async时不创建线程, 直到调用future的get或者wait时才创建线程
第二个参数是线程函数
第三个参数是线程函数的参数
使用示例
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
int main(void)
{
std::future<int> f1 = std::async(std::launch::async, []() { return 5; });
std::cout << f1.get() << std::endl;
std::future<void> f2 = std::async(std::launch::async, []() { std::cout << 10 << std::endl; });
f2.wait();
std::future<int> f3 = std::async(std::launch::async, []() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
return 20;
});
std::cout << "waiting...\n";
std::future_status status;
do
{
status = f3.wait_for(std::chrono::seconds(1));
if (status == std::future_status::deferred)
{
std::cout << "deferred" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::timeout)
{
std::cout << "timeout" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::ready)
{
std::cout << "ready" << std::endl;
}
} while (status != std::future_status::ready);
std::cout << "result: " << f3.get() << std::endl;
return 0;
}
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