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：ffown.googlecode./svn/trunk/fflib/include/detail/task_queue_impl.h?void

task_queue_t::produce(const

task_t&task_){

lock_guard_tlock(m_mutex);

if

(m_tasklist->empty()){//!条件满足唤醒等待线程

m_cond.signal();

}

m_tasklist->push_back(task_);

}int

task_queue_t::comsume(task_t&task_){

lock_guard_tlock(m_mutex);

while

(m_tasklist->empty())//!当没有作业时，就等待直到条件满足被唤醒{

if

(false

==m_flag){

return

-1;

}

m_cond.wait();

}

task_=m_tasklist->front();

m_tasklist->pop_front();

return

0;}1.2

任务队列使用技巧1.2.1IO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：?void

handle_xx_msg(long

uid,const

xx_msg_t&msg){

logic_task_queue->post(boost::bind(&servie_t::proces,uid,msg));}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：

?void

handle_xx_msg(long

uid,const

xx_msg_t&msg){logic_task_queue_array[uid%sizeof(logic_task_queue_array)]->post(boost::bind(&servie_t::proces,uid,msg));}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：?void

db_t:load(long

uid_,boost::function<void

(user_data_t&)func_){

//!sqlexecute,constructuser_data_tuser

func_(user)}void

process_user_data_loaded(user_data_t&){

//!todosomething}db_task_queue->post(boost::bind(&db_t:load,uid,func));

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<<"startservietime[%d]"<<time(0)<<"appname[%s]"<<app_string.c_str()<<endl;n

Printf格式如：logtrace(LOG_MODULE,"startservietime[%d]appname[%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：l

增加线程安全，利用C++模板的traits机制，可以实现线程安全。示例：?template<typename

ARG1>void

logtrace(const

char*module,const

char*fmt,ARG1arg1){

boost::formats(fmt);

f%arg1;}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，Linux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.htmll

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–ppid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：?struct

profiler{

profiler(const

char*func_name){

gettimeofday(&tv,NULL);

}

~profiler(){

struct

timevaltv2;

gettimeofday(&tv2,NULL);

long

cost=(tv.tv_sec-tv.tv_sec)*1000000+(tv.tv_usec-tv.tv_usec);

//!posttosomemanager

}

struct

timevaltv;};#definePROFILER()profiler(__FUNCTION__)

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。4Lambda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：?void

user_mgr_t::foreach(boost::function<void

(user_t&)>func_){

for

(iteratorit=m_users.begin();it!=m_users.end()++it){

func_(it->second);

}}比如要实现dump接口，不需要重写关于迭代器的代码?void

user_mgr_t:dump(){

struct

lambda{

static

void

print(user_t&user){

//!print(tostring(user);

}

};

this->foreach(lambda::print);}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gcc4.1.2，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：?void

service_t:async_update_user(long

uid){

task_queue->post(boost::bind(&service_t:sync_update_user_impl,this,uid));}void

service_t:sync_update_user_impl(long

uid){

user_t&user=get_user(uid);

user.update()}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：?void

service_t:async_update_user(long

uid){

struct

lambda{

static

void

update_user_impl(service_t*servie,long

uid){

user_t&user=servie->get_user(uid);

user.update();

}

};

task_queue->post(boost::bind(&lambda:update_user_impl,this,uid));}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“ohnice”字符串出现的次数，定义托管结构体如下：?struct

reducer{

void

set_result(int

index,long

result){

m_result[index]=result;

}

~reducer(){

long

total=0;

for

(int

i=0;i<sizeof(m_result);++i){

total+=m_result[i];

}

//!posttotaltosomewhere

}

long

m_result[10];};l

定义执行任务的worker?void

worker_t:exe(int

index_,shared_ptr<reducer>ret){ret->set_result(index,100);}l

将任务分割后，投递给不同的worker?shared_ptr<reducer>ret(new

reducer());for

(int

i=0;i<10;++i){

task_queue[i]->post(boost::bind(&worker_t:exe,i,ret));}

C++多线程编程简单实例分类：

Windows2012-04-1716:43

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评论(6)

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\o"举报"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SDKwin32api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HANDLECreateThread(

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//SD

SIZE_TdwStackSize,

//initialstacksize

LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,

//threadfunction

LPVOIDlpParameter,

//threadargument

DWORDdwCreationFlags,

//creationoption

LPDWORDlpThreadId

//threadidentifier);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<iostream>#include<windows.h>usingnamespacestd;

DWORDWINAPIFun(LPVOIDlpParamter){

while(1){cout<<"Fundisplay!"<<endl;}}

intmain(){

HANDLEhThread=CreateThread(NULL,0,Fun,NULL,0,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1){cout<<"maindisplay!"<<endl;

}

return0;}

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VOIDSleep(

DWORDdwMilliseconds

//sleeptime);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<iostream>#include<windows.h>usingnamespacestd;

DWORDWINAPIFun(LPVOIDlpParamter){

while(1){cout<<"Fundisplay!"<<endl;Sleep(1000);}}

intmain(){

HANDLEhThread=CreateThread(NULL,0,Fun,NULL,0,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1){cout<<"maindisplay!"<<endl;

Sleep(2000);}

return0;}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Fundisplay!和maindisplay!，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<iostream>#include<windows.h>usingnamespacestd;

DWORDWINAPIFun(LPVOIDlpParamter){

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

intmain(){

HANDLEhThread=CreateThread(NULL,0,Fun,NULL,0,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1){cout<<"maindisplay!\n";

Sleep(2000);}

return0;}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inta=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Fundisplay!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Fundisplay!后输出maindisplay!，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。HANDLECreateMutex(

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,

//SD

BOOLbInitialOwner,

//initialowner

LPCTSTRlpName

//objectname

);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。HANDLEhMutex=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

BOOLReleaseMutex(

HANDLEhMutex

//handletomutex

);该函数用于释放一个独占资源，进程一旦释放该资源，该资