程序设计：C++ 多进程、多线程原理和一个多进程、多线程框架_c++多进程

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我的github：codetoys，所有代码都将会位于ctfc库中。已经放入库中我会指出在库中的位置。

这些代码大部分以Linux为目标但部分代码是纯C++的，可以在任何平台上使用。

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        并发编程和异步编程是程序员的基本技能，各种高级语言也开发出了一些高级但晦涩的机制（比如C#的await/async）。并发编程主要是指多进程、多线程和交替执行，异步编程则是指多个并发执行任务之间的交互。

目录

并发和异步的技术介绍

多进程的基本技术

多进程框架代码

多线程的基本技术（C++11）

多线程框架代码

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并发和异步的技术介绍

        并发的几种方式的区别：

• 多进程 进程之间地址空间隔离，不能共享数据，需要通过IPC、文件、信号等进程间交互机制交互，交互困难但容易调试，程序也比较可靠，一个进程异常不会影响其它进程。
• 多线程 共享内存地址空间，可以随意访问全部数据，必须正确互斥才能避免数据被破坏。
• 交替执行 比如await/async，所有后台任务都是在同一个线程里执行的，这依赖一套复杂的接口，比较晦涩。一般采用自定义接口，轮询执行的方式，这要求每个任务都比较小，执行时间可控，比如redis。

        任务交互的不同方式：

• 内存 速度最快，只适用于多线程，有并发冲突问题。
• 共享内存 速度最快，适用于多进程，有并发冲突问题，而且不可以动态增长。
• 信号、信号量 不能携带数据，只能用于控制，用起来费劲
• SOCKET、管道 可靠，但是和服务器、客户端编程一样，复杂
• 文件 简单，不用学习新技术，有并发冲突问题

多进程的基本技术

• fork() 复制进程自身，双返回，在父进程返回子进程的pid，在子进程返回0
• waitpid() 获取进程状态，等待进程结束
• WIFEXITED() 判断进程状态码是否表示进程是正常退出
• 获取返回值 获取返回值的宏兼容性并不好！具体看后面的源代码

        这几个技术的详细介绍应该很容易找到，我们关心的是如何写出一个套路代码。以下是一个多进程的框架程序，能够起一组子进程并等待所有子进程结束。

多进程框架代码

        首先定义子进程的执行代码的接口：

class IChildProcess
{
public:
    virtual int doChildProcess(long max_process, long i_process) = 0;
};

        纯虚函数doChildProcess是子进程的功能入口，以最大进程数和子进程序号为参数，子进程序号从0开始。按照C语言的习惯这个接口应该加一个void*参数供调用方传入来控制子进程的功能，但是这里写成了虚函数，直接在类里面定义就可以了，这是C++比C方便的地方。

        多进程框架：

        int SimpleMultiProcess(IChildProcess * pChild,long max_process, char const* title)
		{
			pChild->isThread = false;
			thelog << "开始执行" << title << " 进程 " << max_process << endi;
			time_t t1 = time(NULL);
			long i_p;
			for (i_p = 0; i_p < max_process; ++i_p)
			{
				pid_t pid = fork();
				if (pid < 0)
				{
					thelog << "fork失败" << ende;
					return __LINE__;
				}
				else if (0 == pid)//子进程
				{
					exit(pChild->doChildProcess(max_process, i_p));//子进程在这里通过exit结束
				}
			}
			int status;
			int ret = 0;
			stringstream msg;
			for (i_p = 0; i_p < max_process; ++i_p)
			{
				pid_t pid = waitpid(-1, &status, 0);//等待任何一个子进程结束，原则上这个循环写法有问题，如果程序还有其它地方创建子进程则这里程序行为就不符合预期
				if (-1 == pid)
				{
					thelog << "waitpid 出错 " << strerror(errno) << ende;
					return __LINE__;
				}
				else
				{
					if (WIFEXITED(status))
					{
						int tmpret = (0xFF00 & status) / 256;//WEXITSTATUS宏无法识别
						if (0 != tmpret)
						{
							msg << "进程 " << pid << " 出错,返回值 " << tmpret << " 状态码 " << status << endl;
							ret = tmpret;
						}
					}
					else
					{
						ret = 2;
						msg << "进程 " << pid << " 异常,状态码 " << status << endl;
					}
				}
			}
			int timespan = time(NULL) - t1;
			if (msg.str().size() != 0)thelog << msg.str() << ende;
			thelog << "执行" << title << "完成 进程 " << max_process << " 总用时 " << timespan << "/秒" << endi;
 
			return ret;
		}

        以执行代码的接口为参数，传入最大进程数，title没什么用，只是用来在日志里显示。        

多线程的基本技术（C++11）

        线程和原子大概是C++11最棒的新功能了吧。

• std::thread 构造函数直接创建子线程
• std::thread.join 等待子线程结束，join的意思是“合并”，两个线程变成一个

        为啥以前的线程库都那么复杂啊？

多线程框架代码

        仍然是上面多进程的执行代码的接口：

class IChildProcess
{
public:
    virtual int doChildProcess(long max_process, long i_process) = 0;
};

        框架代码，比多进程简单：

		int SimpleMultiThread(IChildProcess* pChild, long max_thread, char const* title)
		{
			pChild->isThread = true;
			thelog << "开始执行" << title << " 线程 " << max_thread << endi;
			time_t t1 = time(NULL);
			long i_p;
			vector<thread *> threads;
			for (i_p = 0; i_p < max_thread; ++i_p)
			{
				threads.push_back(new thread(doChildThread, pChild, max_thread, i_p));
			}
			for (auto & v:threads)
			{
				v->join();
			}
			int timespan = time(NULL) - t1;
			thelog << "执行" << title << "完成 线程 " << max_thread << " 总用时 " << timespan << "/秒" << endi;
 
			return 0;
		}

        这个代码基本就是一目了然了。当然了，多线程最大困难在于安全地交互。

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（这里是结束）