C++-多线程编程总结-实例讲解

C++ 多线程编程总结

在开发C++程序时，一般在吞吐量、并发、实时性上有较高的要求。设计C++程序时，总结起来可以从如下几点提高效率：

?l 并发

?l 异步

?l 缓存

下面将我平常工作中遇到一些问题例举一二，其设计思想无非以上三点。

1任务队列

1.1 以生产者-消费者模型设计任务队列

生产者-消费者模型是人们非常熟悉的模型，比如在某个服务器程序中，当User数据被逻辑模块修改后，就产生一个更新数据库的任务（produce），投递给IO模块任务队列，IO 模块从任务队列中取出任务执行sql操作（consume）。

设计通用的任务队列，示例代码如下：

详细实现可参见：

1.2 任务队列使用技巧

1.2.1 IO 与逻辑分离

比如网络游戏服务器程序中，网络模块收到消息包，投递给逻辑层后立即返回，继续接受下一个消息包。逻辑线程在一个没有io操作的环境下运行，以保障实时性。示例：

注意，此模式下为单任务队列，每个任务队列单线程。

1.2.2 并行流水线

上面的只是完成了io 和 cpu运算的并行，而cpu中逻辑操作是串行的。在某些场合，cpu逻辑运算部分也可实现并行，如游戏中用户A种菜和B种菜两种操作是完全可以并行的，因为两个操作没有共享数据。最简单的方式是A、B相关的操作被分配到不同的任务队列中。示例如下：

注意，此模式下为多任务队列，每个任务队列单线程。

1.2.3 连接池与异步回调

比如逻辑Service模块需要数据库模块异步载入用户数据，并做后续处理计算。而数据库模块拥有一个固定连接数的连接池，当执行SQL的任务到来时，选择一个空闲的连接，执行SQL，并把SQL 通过回调函数传递给逻辑层。其步骤如下：

?n 预先分配好线程池，每个线程创建一个连接到数据库的连接

?n 为数据库模块创建一个任务队列，所有线程都是这个任务队列的消费者

?n 逻辑层想数据库模块投递sql执行任务，同时传递一个回调函数来接受sql执行结果

示例如下：

注意，此模式下为单任务队列，每个任务队列多线程。

2. 日志

本文主要讲C++多线程编程，日志系统不是为了提高程序效率，但是在程序调试、运行期排错上，日志是无可替代的工具，相信开发后台程序的朋友都会使用日志。常见的日志使用方式有如下几种：

?n 流式，如logstream << "start servie time[%d]" << time(0) << " app nam e[%s]" << app_string.c_str() << endl;

?n Printf 格式如：logtrace(LOG_MODULE, "start servie time[%d] app name[% s]", time(0), app_string.c_str());

二者各有优缺点，流式是线程安全的，printf格式格式化字符串会更直接，但缺点是线程不安全，如果把app_string.c_str() 换成app_string （std::string），编译被通过，但是运行期会crash（如果运气好每次都crash，运气不好偶尔会crash）。我个人钟爱printf 风格，可以做如下改进：

这样，除了标准类型+std::string 传入其他类型将编译不能通过。这里只列举了一个参数的例子，可以重载该版本支持更多参数，如果你愿意，可以支持9个参数或更多。

?l 为日志增加颜色，在printf中加入控制字符，可以再屏幕终端上显示颜色，L inux下示例：printf("\033[32;49;1m [DONE] \033[39;49;0m")

更多颜色方案参见：

hi.baidu./jiemnij/blog/item/d95df8c28ac2815cb219a80e.html ?l 每个线程启动时，都应该用日志打印该线程负责什么功能。这样，程序跑起来的时候通过top –H – p pid 可以得知那个功能使用cpu的多少。实际上，我的每行日志都会打印线程id，此线程id非pthread_id，而其实是线程对应的系统分配

的进程id号。

3. 性能监控

尽管已经有很多工具可以分析c++程序运行性能，但是其大部分还是运行在程序debug阶段。我们需要一种手段在debug和release阶段都能监控程序，一方面得知程序瓶颈之所在，一方面尽早发现哪些组件在运行期出现了异常。

通常都是使用gettimeofday 来计算某个函数开销，可以精确到微妙。可以利用C++的确定性析构，非常方便的实现获取函数开销的小工具,示例如下：

Cost 应该被投递到性能统计管理器中，该管理器定时讲性能统计数据输出到文件中。

4 Lambda 编程

使用foreach 代替迭代器

很多编程语言已经建了foreach，但是c++还没有。所以建议自己在需要遍历容器的地方编写foreach函数。习惯函数式编程的人应该会非常钟情使用foreach，使用foreach的好处多多少少有些，如：

.cnblogs./chsword/archive/2007/09/28/910011.html

但主要是编程哲学上层面的。

示例：

比如要实现dump 接口，不需要重写关于迭代器的代码

实际上，上面的代码变通的生成了匿名函数，如果是c++ 11 标准的编译器，本可以写的更简洁一些：

this->foreach([](user_t& user) {} );

但是我大部分时间编写的程序都要运行在centos 上，你知道吗它的gcc版本是gcc 4.1.2，所以大部分时间我都是用变通的方式使用lambda函数。

Lambda 函数结合任务队列实现异步

常见的使用任务队列实现异步的代码如下：

这样做的缺点是，一个接口要响应的写两遍函数，如果一个函数的参数变了，那么另一个参数也要跟着改动。并且代码也不是很美观。使用lambda可以让异步看起来更直观，仿佛就是在接口函数中立刻完成一样。示例代码：

这样当要改动该接口时，直接在该接口修改代码，非常直观。

5. 奇技淫巧

利用shared_ptr 实现map/reduce

Map/reduce的语义是先将任务划分为多个任务，投递到多个worker中并发执行，其产生的结果经reduce汇总后生成最终的结果。Shared_ptr的语义是什么呢？当最后一个shared_ptr析构时，将会调用托管对象的析构函数。语义和map/reduce过程非常相近。我们只需自己实现讲请求划分多个任务即可。示例过程如下：

?l 定义请求托管对象，加入我们需要在10个文件中搜索“oh nice”字符串出现的次数，定义托管结构体如下：

C++多线程编程简单实例

分类：Windows2012-04-17 16:43 3698人阅读评论(6) 收藏举报C++本身并没有提供任何多线程机制，但是在windows下，我们可以调用SDK win32 api来编写多线程的程序，下面就此简单的讲一下：

创建线程的函数

HANDLE CreateThread(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // SD

SIZE_T dwStackSize, // initial stack size LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, // thread function

LPVOID lpParameter, // thread argument DWORD dwCreationFlags, // creation option

LPDWORD lpThreadId // thread identifier );

在这里我们只用到了第三个和第四个参数，第三个参数传递了一个函数的地址，也是我们要指定的新的线程，第四个参数是传给新线程的参数指针。

eg1:

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<"Fun display!"<

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<"main display!"<

return 0;

我们可以看到主线程（main函数）和我们自己的线程（Fun函数）是随机地交替执行的，但是两个线程输出太快，使我们很难看清楚，我们可以使用函数

VOID Sleep(

DWORD dwMilliseconds // sleep time

);

来暂停线程的执行，dwMilliseconds表示千分之一秒，所以

Sleep(1000);

表示暂停1秒

eg2:

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<"Fun display!"<

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<"main display!"<

return 0;

}

执行上述代码，这次我们可以清楚地看到在屏幕上交错地输出Fun display!和main display!，我们发现这两个函数确实是并发运行的，细心的读者可能会发现我们的程序是每当Fun函数和main函数输出容后就会输出换行，但是我们看到的确是有的时候程序输出换行了，有的时候确没有输出换行，甚至有的时候是输出两个换行。这是怎么回事？下面我们把程序改一下看看：

eg3:

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<"Fun display!\n"; Sleep(1000);}

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<"main display!\n"; Sleep(2000);}

return 0;

}

我们再次运行这个程序，我们发现这时候正如我们预期的，正确地输出了我们想要输出的容并且格式也是正确的。下面我就来讲一下此前我们的程序为什么没有正确的运行。多线程的程序时并发地运行的，多个线程之间如果公用了一些资源的话，我们并不能保证这些资源都能正确地被利用，因为这个时候资源并不是独占的，举个例子吧：

eg4:

加入有一个资源 int a = 3

有一个线程函数 selfAdd() 该函数是使 a += a;

又有一个线程函数 selfSub() 该函数是使a -= a;

我们假设上面两个线程正在并发欲行，如果selfAdd在执行的时候，我们的目的是想让a

编程6，但此时selfSub得到了运行的机会，所以a变成了0，等到selfAdd的到执行的机会后，a += a ，但是此时a确是0，并没有如我们所预期的那样的到6，我们回到前面EG2，在这里，我们可以把屏幕看成是一个资源，这个资源被两个线程所共用，加入当Fun函数输

出了Fun display!后，将要输出endl（也就是清空缓冲区并换行，在这里我们可以不用理解什么事缓冲区），但此时main函数确得到了运行的机会，此时Fun函数还没有来得及输出换行就把CPU让给了main函数，而这时main函数就直接在Fun display!后输出main display!，至于为什么有的时候程序会连续输出两个换行，读者可以采用同样的分析方法来分析，在这里我就不多讲了，留给读者自己思考了。

那么为什么我们把eg2改成eg3就可以正确的运行呢？原因在于，多个线程虽然是并发运行的，但是有一些操作是必须一气呵成的，不允许打断的，所以我们看到eg2和eg3的运行结果是不一样的。

那么，是不是eg2的代码我们就不可以让它正确的运行呢？答案当然是否，下面我就来讲一下怎样才能让eg2的代码可以正确运行。这涉及到多线程的同步问题。对于一个资源被多个线程共用会导致程序的混乱，我们的解决方法是只允许一个线程拥有对共享资源的独占，这样就能够解决上面的问题了。

HANDLE CreateMutex(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, // SD

BOOL bInitialOwner, // initial owner

LPCTSTR lpName // object name );

该函数用于创造一个独占资源，第一个参数我们没有使用，可以设为NULL，第二个参数指定该资源初始是否归属创建它的进程，第三个参数指定资源的名称。

HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,"screen");

这条语句创造了一个名为screen并且归属于创建它的进程的资源

BOOL ReleaseMutex(

HANDLE hMutex // handle to mutex

);

该函数用于释放一个独占资源，进程一旦释放该资源，该资源就不再属于它了，如果还要用到，需要重新申请得到该资源。申请资源的函数如下

DWORD WaitForSingleObject(

HANDLE hHandle, // handle to object

DWORD dwMilliseconds // time-out interval

);

第一个参数指定所申请的资源的句柄，第二个参数一般指定为INFINITE，表示如果没有申请到资源就一直等待该资源，如果指定为0，表示一旦得不到资源就返回，也可以具体地指定等待多久才返回，单位是千分之一秒。好了，该到我们来解决eg2的问题的时候了，我们可以把eg2做一些修改，如下

eg5：

#include

#include

using namespace std;

HANDLE hMutex;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) {

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);

cout<<"Fun display!"<

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);

hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "screen");

CloseHandle(hThread);

while(1) {

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);

cout<<"main display!"<

Sleep(2000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

return 0;

}

运行代码正如我们所预期的输出的容。

自:hi.baidu./%CF%D0%B5%AD%CA%B0%D2%E4/blog/item/2e56a02f06d89f2e359bf77b.html