C++ thread用法总结(整理)

1，简介

C++11中加入了<thread>头文件，此头文件主要声明了std::thread线程类。C++11的标准类std::thread对线程进行了封装，定义了C++11标准中的一些表示线程的类、用于互斥访问的类与方法等。应用C++11中的std::thread便于多线程程序的移值。

std::thread类成员函数：

(1)、get_id：获取线程ID，返回一个类型为std::thread::id的对象。

(2)、joinable：检查线程是否可被join。检查当前的线程对象是否表示了一个活动的执行线程。缺省构造的thread对象、已经完成join的thread对象、已经detach的thread对象都不是joinable。

(3)、join：调用该函数会阻塞当前线程（主调线程）。阻塞调用者(caller)所在的线程（主调线程）直至被join的std::thread对象标识的线程（被调线程）执行结束。

(4)、detach：将当前线程对象所代表的执行实例与该线程对象分离，使得线程的执行可以单独进行。一旦线程执行完毕，它所分配的资源将会被释放。

(5)、native_handle：该函数返回与std::thread具体实现相关的线程句柄。native_handle_type是连接thread类和操作系统SDK API之间的桥梁，如在Linux g++(libstdc++)里，native_handle_type其实就是pthread里面的pthread_t类型，当thread类的功能不能满足我们的要求的时候(比如改变某个线程的优先级)，可以通过thread类实例的native_handle()返回值作为参数来调用相关的pthread函数达到目录。This member function is only present in class thread if the library implementation supports it. If present, it returns a value used to access implementation-specific information associated to the thread.

(6)、swap：交换两个线程对象所代表的底层句柄。

(7)、operator=：moves the thread object

(8)、hardware_concurrency：静态成员函数，返回当前计算机最大的硬件并发线程数目。基本上可以视为处理器的核心数目。

另外，std::thread::id表示线程ID，定义了在运行时操作系统内唯一能够标识该线程的标识符，同时其值还能指示所标识的线程的状态。Values of this type are returned by thread::get_id and this_thread::get_id to identify threads.

有时候我们需要在线程执行代码里面对当前调用者线程进行操作，针对这种情况，C++11里面专门定义了一个命名空间this_thread，此命名空间也声明在<thread>头文件中，其中包括get_id()函数用来获取当前调用者线程的ID；yield()函数（yield，放弃的意思）可以用来将调用者线程跳出运行状态，重新交给操作系统进行调度，即当前线程放弃执行，操作系统调度另一线程继续执行；sleep_until()函数是将线程休眠至某个指定的时刻(time point),该线程才被重新唤醒；sleep_for()函数是将线程休眠某个指定的时间片(time span)，该线程才被重新唤醒，不过由于线程调度等原因，实际休眠实际可能比sleep_duration所表示的时间片更长。

1.创建一个线程

创建线程比较简单，使用std的thread实例化一个线程对象就创建完成了，示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <stdlib.h> //sleep
 
using namespace std;
 
void t1()  //普通的函数，用来执行线程
{
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        cout << "t1111\n";
        sleep(1);
    }
}
void t2()
{
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        cout << "t22222\n";
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    thread th1(t1);  //实例化一个线程对象th1，使用函数t1构造，然后该线程就开始执行了（t1()）
    thread th2(t2);
 
    th1.join(); // 必须将线程join或者detach 等待子线程结束主进程才可以退出
    th2.join(); 
 
    //or use detach
    //th1.detach();
    //th2.detach();
 
    cout << "here is main\n\n";
 
    return 0;
}

上述提到的问题，还可以使用detach来解决，detach是用来和线程对象分离的，这样线程可以独立地执行，不过这样由于没有thread对象指向该线程而失去了对它的控制，当对象析构时线程会继续在后台执行，但是当主程序退出时并不能保证线程能执行完。如果没有良好的控制机制或者这种后台线程比较重要，最好不用detach而应该使用join。

2, mutex和std::lock_guard的使用

头文件是#include <mutex>，mutex是用来保证线程同步的，防止不同的线程同时操作同一个共享数据。

但使用lock_guard则相对安全，它是基于作用域的，能够自解锁，当该对象创建时，它会像m.lock()一样获得互斥锁，当生命周期结束时，它会自动析构(unlock)，不会因为某个线程异常退出而影响其他线程。示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <stdlib.h>
 
int cnt = 20;
std::mutex m;
void t1()
{
    while (cnt > 0)
    {    
        std::lock_guard<std::mutex> lockGuard(m);
       // std::m.lock();
        if (cnt > 0)
        {
            //sleep(1);
            --cnt;
            std::cout << cnt << std::endl;
        }
       // std::m.unlock();
        
    }
}
void t2()
{
    while (cnt > 0)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lockGuard(m);
        // std::m.lock();
        if (cnt > 0)
        {
            --cnt;
            std::cout << cnt << std::endl;
        }
        // std::m.unlock();
    }
}
 
int main(void)
{
    std::thread th1(t1);
    std::thread th2(t2);
 
    th1.join();    //等待t1退出
    th2.join();    //等待t2退出
 
    std::cout << "here is the main()" << std::endl;
 
    return 0;
}

输出结果，cnt是依次递减的，没有因为多线程而打乱次序：：

19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
here is the main()

3，详解

绍一下thread的用法。

std::thread 构造函数

  构造新的 thread 对象。

1) 构造不表示线程的新 thread 对象。

2) 移动构造函数。构造表示曾为 other 所表示的执行线程的 thread 对象。此调用后 other 不再表示执行线程。

3) 构造新的 std::thread 对象并将它与执行线程关联。新的执行线程开始执行

4) 复制构造函数被删除； thread 不可复制。没有两个 std::thread 对象可表示同一执行线程。

std::thread::~thread

在下列操作后 thread 对象无关联的线程（从而可安全销毁）

• 被默认构造
• 被移动
• 已调用 join()
• 已调用 detach()

std::thread::operator=

这个例子是借鉴cppreference.com这个网站上面的，我详细的分析一下这个例子。

#include <iostream>
#include <utility>
#include <thread>
#include <chrono>
 
void f1(int n){
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        std::cout << "Thread 1 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
void f2(int& n){
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        std::cout << "Thread 2 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
class foo{
public:
    void bar(){
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            std::cout << "Thread 3 executing\n";
            ++n;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        }
    }
    int n = 0;
};
 
class baz{
public:
    void operator()(){
        int n = 0;
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            std::cout << "Thread 4 executing\n";
            ++n;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        }
    }
};
 
int main(){
    int n = 0;
    foo f;
    baz b;
    std::thread t1; // t1 不是线程
    std::thread t2(f1, n + 1); // 按值传递
    std::thread t3(f2, std::ref(n)); // 按引用传递
    std::thread t4(std::move(t3)); // t4 现在运行 f2() 。 t3 不再是线程
    std::thread t5(&foo::bar, &f); // t5 在对象 f 上运行 foo::bar()
    std::thread t6(b); // t6 在对象 b 上运行 baz::operator()
 
    t1 = std::thread(f1, n + 1); //t1等号运算符重载
    std::thread t7(std::thread(f2, std::ref(n))); //t7拷贝构造
    t2.join();
    t4.join();
    t5.join();
    t6.join();
    t1.join();
    t7.join();
    std::cout << "Final value of n is " << n << '\n';
    std::cout << "Final value of foo::n is " << f.n << '\n';
}

可以看到只是调用默认构造函数（构造函数（1））构造线程，线程是不会被构造的，如图，线程t1没有被构造。

线程t2，t3调用构造函数（3） ，参数Function&& f, Args&&... args，f实质上是一个函数指针，保存线程所要执行的函数的地址，args是函数的参数，线程运行f(args)，线程t5因为调用的是类的成员方法，this指针作为非静态成员函数的隐含形参，因此我们将this指针即就是对象的地址传进去。

线程t4调用拷贝构造函数（构造函数（2）），thread的拷贝构造函数只有右值拷贝构造，左值的拷贝构造被删除了，右值引用是指函数的参数可以是临时变量，如线程t7，由一个临时变量std::thread(f2, std::ref(n))构造t7。而t4使用的std::move(t3)，其中

template< class T >
typename std::remove_reference<T>::type&& move( T&& t ) noexcept;

std::move返回的是一个右值引用的变量，而函数的作用是将t到另一对象有效率的资源传递，传递过后，资源t会被销毁。在这个表达式中的作用就是将线程t3的资源传递给t4，并销毁t3。

线程t6是调用构造函数（3），而这个类里面有operator()()，括号的运算符重载，只要这个对象被使用，那么就会调用括号运算符重载。

线程t1调用等号运算符重载。

最后运行的结果：

线程2-5运行了两遍，所以上面的函数分别打印了2遍，另外线程1,7又将函数f1和f2打印了2遍。

std::thread::joinable

检查线程是否可合并，即潜在地运行于平行环境中

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
 
void foo(){
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
 
int main(){
    std::thread t;
    std::cout << "before starting, joinable: " << std::boolalpha << t.joinable()
              << '\n';
 
    t = std::thread(foo);
    std::cout << "after starting, joinable: " << t.joinable() 
              << '\n';
 
    t.join();
    std::cout << "after joining, joinable: " << t.joinable() 
              << '\n';
}

 

我们可以看到，在线程为活跃之前，joinable的值为false，在线程活跃之后，joinable的值为true。在线程被join，detach之后，置joinable的值为false。joinable被置为false的情况有

• 被默认构造
• 被移动
• 已调用 join()
• 已调用 detach()

这些情况和线程被析构的情况都是一样的，因为thread的析构函数是这样实现的

joinable为true的话，会调用terminate()，terminate()会调用abort()来终止程序，程序会报错，因此只有joinable变成false，才能执行析构函数，因此两者运行的必要条件是一样的。

std::thread::join

 等待线程完成其执行

std::thread::detach

容许线程从线程句柄独立开来执行。 

join和detach执行的必要条件都是joinable是true。 

join和detach的区别，join会阻塞当前的线程，直到运行的线程结束，比如在main函数里面调用线程thread，那么main函数里面调用thread后，会先去执行thread中的代码逻辑，直到其结束，再去执行main函数里面的代码逻辑。调用join后，所有分配的资源都会被释放。在调用了join之后，*this就不会拥有任何线程了。

detach从线程对象中分离出执行线程，允许线程独立的执行。一旦线程退出，所有分配的资源都会被释放。在调用了detach之后，*this就不会拥有任何线程了。

以上图片借鉴https://www.cnblogs.com/ittinybird/p/4820142.html，这篇文章也写得很好，大家可以看一下。 

可能光说还是有点抽象，上代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
 
void foo(){
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        std::cout << "void foo()" << std::endl;
    }
}
 
void bar(){
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "void bar()" << std::endl;
    }
}
 
int main(){
    std::thread helper1(foo);
    std::thread helper2(bar);
 
    helper1.join();
    helper2.join();
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        std::cout << "done!\n";
    }
}
 
 
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
 
void foo(){
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        std::cout << "void foo()" << std::endl;
    }
}
 
void bar(){
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "void bar()" << std::endl;
    }
}
 
int main(){
    std::thread helper1(foo);
    std::thread helper2(bar);
 
    helper1.detach();
    helper2.detach();
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        std::cout << "done!\n";
    }
    system( "pause");
}

可以看出来，detach（拆卸，分开）不会阻塞主线程，主线程和子线程是同时运行的。而join（合并）是会阻塞主线程，等待子线程运行完后，再运行主线程。