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在新颁布的C++新标准C++11中,最令人激动人心的,我想不是auto关键字,也不是Lambda表达式,而是其中的对并行计算的支持——新的线程库(thread)的加入。
多核心CPU的普及应用,C++的主要应用领域,服务器程序,高性能计算等等,都对并行计算提出了新的要求,而这次C++中全新添加的线程库,就是
对这一趋势的应对。现在,C++程序员可以轻松地编写多线程的程序,而无需借助系统API或者是第三方程序库的支持。线程库的加入给C++带来的变化,无
异于 194,翻身的程序员们把歌唱。
C++11中的线程库,很大程度上直接来自boost这块C++的试验田,其基本架构和组件都完全相同,如果你是一个boost线程库的使用者,那
么在C++11中,你会感觉到是回到了老家一样,到处都是熟人。而如果你是一个完全的新手,也不要紧,C++11中的线程库非常简单,任何人都可以轻松上
手,我就是这样,但是要深究,还得好好学习。
下面是一个简单的例子,用到了线程库中的线程(thread),互斥(mutex),条件变量(condition),来模拟一个演唱会的入场检票的场景,另外,为了模拟观众,用到了C++11中的新的随机数的产生,模拟一个正态分布的访客人群。不说了,还是看代码:
#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
// 随机数
#include <random>
// 这里,我使用了boost实现的线程库,如果你的编译器已经支持C++11,则使用<thread>是一样的
#include <boost\thread.hpp>
#include <boost\thread\locks.hpp>
#include <boost\thread\condition.hpp>
using namespace std;
using namespace boost;
// 共享资源和互斥对象
mutex mtx;
bool finish = false; // 表示观众到来是否结束
// 观众,主要是为了表示检票过程中的检票耗费时间
class viewer
{
public:
void check()
{
// 线程等待
posix_time::milliseconds worktime(400);
this_thread::sleep(worktime);
}
void arrival(int t)
{
posix_time::seconds arrtime(t);
this_thread::sleep(arrtime);
}
};
// 检票口
// 它有一个队列,用于保存到来的观众,并且用一个线程来处理队列中的观众
class gate
{
typedef boost::mutex::scoped_lock scoped_lock;
public:
gate():count(0),no(0){};
// 启动线程
void start(int n)
{
no = n;
t = thread(&gate::check,this);
}
// 检票
void check()
{
// 无限循环,知道观众数为0且不会有新的观众到来
while(true)
{
viewer v;
{
// 锁定互斥对象,开始访问对列
scoped_lock lock(m);
if(0==vque.size()) // 如果队列为空
{
{
// 判断是否还会有新的观众到来,也即是表示到达的线程是否结束
scoped_lock finlk(mtx);
if(finish)
return; // 如果已经结束,检票也同样结束
}
// 如果观众数为0,则等待新的观众的到来
while(0 == vque.size())
{
// 这里的wait()是条件变量的关键,它会先是否lock所锁定的互斥对象m一定时间,
// 然后再次锁定,接着进行(0==vque.size())的判断。如此往复,知道size不等于0,
// 循环条件无法满足而结束循环,这里表达的条件就是,只有size!=0,也就是队列中有
// 观众才继续向下。
cond.wait(lock);
}
}
// 从对列中获得观众,对其进行检票
v = vque.front();
vque.pop();
cond.notify_one(); // 这里是通知添加观众的进程,表示队列已经有空位置了,可以添加新的观众
}
v.check();
++count;
}
}
// 将观众添加到队列
void add(viewer v)
{
// 同样运用条件变量,判断队列是否已经满了
// 只有在队列尚未满的情况下才向下继续
scoped_lock lock(m);
while(vque.size() >= 15 )
{
cond.wait(lock);
}
vque.push(v); // 将观众添加到队列
cond.notify_one(); // 通知检票进程,新的观众进入队列,这样在size=0时等待的条件可以更新
}
int getcount()
{
return count;
}
int getno()
{
return no;
}
// 等待线程执行完毕返回
void join()
{
t.join();
}
private:
thread t;
mutex m;
condition cond;
queue<viewer> vque;
int count;
int no;
};
// 一共有10个检票口
vector<gate> vgates(10);
// 用随机数模拟观众到达
void arrival()
{
default_random_engine re{}; // 产生一个均值为31的正态分布的随机数
normal_distribution<double> nd(31,8);
// 将随机数引擎和分布绑定一个函数对象
auto norm = std::bind(nd, re);
// 保存随机数的容器
vector<int> mn(64);
// 产生随机数
for(int i = 0;i<700;++i)
++mn[round(norm())];
int secs = 100;
// 产生0到9的随机数,表示观众随机地到达某一个检票口
uniform_int_distribution<int> index{0,9};
// 进入检票口队列
for(auto i:mn)
{
cout<<i<<endl;
for(auto vi = 1; vi <= i; ++vi)
{
// 将观众添加到某个gate的队列中
(vgates[index(re)]).add(viewer());
// 等待一段时间
int t = round(secs/(float)(i+1));
this_thread::sleep(
posix_time::milliseconds(t));
}
}
// 观众已经全部到达,进入队列
cout<<"finish"<<endl;
mtx.lock();
finish = true;
mtx.unlock();
//cout<<"unlock"<<endl;
}
int main()
{
int i = 1;
// 启动检票线程
for(gate& g:vgates)
{
g.start(i);
++i;
}
// 启动到达线程,看看,在C++11中新线程的创建就这么简单
thread arr = thread(arrival);
// 等待线程结束
arr.join();
int total = 0;
// 等待检票线程结束,并输出处理的人数
for(gate& g:vgates)
{
g.join();
total += g.getcount();
cout<<"gate "<<g.getno()
<<" processed "<<g.getcount()<<" viewers."<<endl;
}
cout<<"there are "<<total<<"viewers in total."<<endl;
return 0;
}
这就是一个线程库的简单应用,模拟了非常复杂的场景。
因为自己对多线程开发还不太熟悉,这个程序在某些特定条件下会产生了死锁,还有待进一步完善