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C++并发线程 - 如何管控线程【启动/暂停/停止/恢复】
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线程管控
1、线程最基本的使用 - 简单管控
如果实现并发，而且确定采用多线程技术。从何入手？怎么启动线程？怎么查验它们是否已经结束？怎么检测其运行状态？
接下来，我来介绍下：发起线程，然后等待它结束，或让它在后台运行。接着启动时向线程传递参数，以及如何把线程的归属权从某个std::thread对象转移给另一个。以及怎样识别一个线程。
1.1 发起线程
C++程序都含有至少一个线程，即运行 main()的线程，它由C++运行时系统启动。
发起线程两种方式：
(1) 通过将函数传递给std::thread的：
void func() {
// do something
}
std::thread t(func);
(2) 采用lambda表达式匿名方式：
std::thread t([](){
// do something
});
(3) 类成员函数：
class MyClass {
public:
void func() {
// do something
}
};
MyClass;
std::thread t(&MyClass::func, &obj);
（4）使用std::bind指定函数
void func(int arg1, int arg2) {
// do something
}
std::thread t(std::bind(func, 1, 2));
一旦启动了线程，我们就需要明确是要等待它结束(join，与之会合)，还是人有它独自运行(detach，与之分离)。
假定程序不等待线程结束，那么在线程运行结束之前，我们需保证它所访问的外部数据始终正确、有效。我们编写程序时不注意就会遇到的bug,不易查找。这并非是新的问题，在单线程代码中，试图访问已销毁的对象同样是未定义的行为。不过，因为使用多线程，所以我们可能经常面临这种生存期的问题。
我们看下面代码，当前线程的函数已返回，新线程却仍访问其局部变量，大错特错：
void myfunc(std::vector<int>& a)
{
for (int j = 0; j < 5; ++j) {
int b = 2 * a.at(0); // 1、隐患：可能访问悬空引用
}
};
void oops()
{
std::vector<int> a{1};
std::thread t(myfunc, ref(a));
t.detach(); //2、不等待线程结束
} //3、新线程可能仍在运行，而主线程的函数却已结束
解决的两种方式：
（1）令线程函数完全自含，将数据复制到新线程内部，而不是共享数据；
（2）会合新线程，等待主线程的函数退出之前，新线程执行完毕。
1.2 等待线程完成
等待线程结束，一般调用成员函数join()实现，简单粗暴。如何查险线程结束与否，或限定只等待一段时间，那我们得该用其他方式，如条件变量和future。
join()仅能调用一次；只要std::thread对象曾经调用过join(),线程就不再可回合(joinnable),成员函数joinnable()将返回false。
看以下代码，利用RAII过程等待线程完结：
class thread_guard {
std::thread& t;
public:
explicit thread_guard(std::thread& t_):t(t_)
{}
~thread_guard(){
if(t.joinable()){
t.join();
}
}
thread_guard(thread_guard const&) = delete;
thread_guard& operator = (thread_guard const&) = delete;
};
void oops(){
std::vector<int> a{1};
std::thread t(myfunc, ref(a));
thread_guard g(t);
t.detach();
}
2、如何将参数传递给线程
线程具有内部存储空间，参数会按照默认方式先复制到该处，新创建的线程才能直接访问它们。
//正确
void f(int i, std::string const& s);
std::thread t(f, 3, "hello"); //以char const* 传入
//可能会有局部数组销毁，造成未定义的行为
void opps(int some_param)
{
char buffer[1024];
std::thread t(f, 3, buffer); //传递buffer指针，会有局部数组销毁，造成未定义的行为
t.detach();
}
//使用std::string避免悬空指针
void opps(int some_param)
{
char buffer[1024];
std::thread t(f, 3, std::string(buffer)); //使用std::string避免悬空指针
t.detach();
}
若需要用引用方式传递参数，只要用std::ref()函数加以包装即可：
下面是错误的例子
void update(w_data& data);
void oops()
{
w_data data;
std::thread t(data); //编译失败，线程的构造函数会将data对象复制，临时的副本，以右值的方式传入，但是update预期接受非const引用
}
若需按引用的方式传递参数，只要用std::ref()函数加以包装即可，把创建线程语句改写成：
void oops()
{
w_data data;
std::thread t(std::ref(data));
}
移动方式传参数，转移对象的归属权，典型std::unique_ptr :
void process_big_object(std::unique_ptr<big_object>);
std::unique_ptr p(new big_object);
p->preare_data(42);
std::thread t(process_big_object, std::move(p));
其实std::thread和std::unique_ptr在C++11里一样只能移动不能复制。
3、线程归属权居然是可以转移的
如下代码，移交线程归属权：
void some_function();
void some_other_function();
std::thread t1(some_function);
std::thread t2 = std::move(t1);
t1 = std::thread(some_other_function);
std::thread t3;
t3 = std::move(t2);
t1 = std::move(t3); //该赋值操作会终止程序整个程序，t1的线程正在启动
必须明确只要std::thread对象正在管控着一个线程，就不能简单地向它赋新值。
从函数内部返回std::thread对象：
std::thread f()
{
void some_function();
return std::thread(some_function);
}
std::thread g()
{
void some_other_function(int);
std::thread t(some_other_function, 42);
return t
}
类似的，归属权可以转移到函数内部，函数就能够接收到std::thread实例作为按右值传递的参数，如下所示：
void f(std::thread t);
void g()
{
void some_function();
f(std::thread(some_function));
std::thread t(some_function);
f(std::move(t));
}
scoped_thread类及其用例：
class scoped_thread {
std::thread t;
public:
explicit scoped_thread(std::thread t_):t(std::move(t_))
{
if(!t.joinable()){
throw std::logic_error("No thread");
}
}
~scoped_thread(){
t.join();
}
scoped_thread(thread_guard const&) = delete;
scoped_thread& operator = (thread_guard const&) = delete;
};
void oops(){
std::vector<int> a{1};
scoped_thread t(std::thread(func(a)));
}
使用std::vector装载，生成多个线程，并等待它们运行完成：
我们把std::thread装进std::vector容器内，向线程管控的自动化迈进了一步，若要为多个线程分别直接创建独立变量，还不如将它们集结成组，统一处理。
void do_work(unsigned id);
void f()
{
std::vector<std::thread> threads;
for(unsigned i = 0; i < 20; i++)
{
threads.emplace_back(do_work, i);//生成线程
}
for(auto& entry: threads)
{
entry.join(); //依次在各线程上调用join函数
}
}
4、通过什么识别线程 - 一般算法常用
获取线程ID 方式1：通过t1.get_id()
std::thread t1(foo);
std::thread::id t1_id = t1.get_id();
std::cout << "t1 ID: " << t1_id << std::endl;
if (t1.joinable())
{
t1.join();
}
获取线程ID 方式2： 通过std::this_thread::get_id() ：
void thread_function()
{
std::cout << "Thread ID is: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}
int main()
{
std::thread t1(thread_function);
if (t1.joinable())
{
t1.join();
}
return 0;
}
5、控制线程操作 - 启动/暂停/停止/恢复
#include <future>
#include <thread>
using namespace std;
class MyThread
{
public:
MyThread() = default;
~MyThread() = default;
public:
void RunThread(); //运行线程
void StopThread(); //停止线程
void PauseThread(); //暂停线程
void ResumeThread();//恢复线程
private:
condition_variable cv_;
mutex mutex_;
bool isStop_{false};
bool isPause_{ false };
};
void MyThread::RunThread()
{
thread t([&] {
while (true)
{
if (!m_isStop)
{
std::cout << "Thread ID is: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
cv_.wait(lock, [this] {return !isPause_; });
}
}
});
t.detach();
}
void MyThread::StopThread()
{
isStop_ = true;
}
void MyThread::PauseThread()
{
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
isPause_ = true;
cv_.notify_one();
}
void MyThread::ResumeThread()
{
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
isPause_ = false;
cv_.notify_one();
}
int main()
{
MyThread mythread;
mythread.RunThread();
int ch;
while ((ch = getchar()) != 'q')
{
switch (ch)
{
case 'p':
mythread.PauseThread();
break;
case 'r':
mythread.ResumeThread();
break;
case 's':
mythread.StopThread();
break;
default:
break;
}
}
return 0;
}
6、小结
std::thread::hardware_concurrency 是一个 C++11 标准库函数，它返回当前系统支持的最大线程数量。函数返回值的是 unsigned int 类型的值。使用 std::thread::hardware_concurrency 能确定在某个系统上可以创建多少线程，从而优化多线程程序的性能。
但是，返回值并不一定是真正的系统最大线程数，而是一个估计值。在实际使用时应该对其进行测试和优化。
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