QT 多執行緒

1.1 程序

1.2 執行緒

1.3 執行緒與執行緒的區別聯絡

除了上面概念中所提到的，還有：

在乙個應用程式（程序）中同時執行多個小的部分（執行緒），這就是多執行緒。多個執行緒雖然共享一樣的資料，但是卻執行不同的任務。

併發是指在同乙個時間裡cpu同時執行兩條或多條命令。單核cpu和c++11以前實現的併發一般是偽併發。但隨著多核cpu的普及，c++11開始支援真正意義上的併發。

c++11可以通過多執行緒實現併發，這是一種比較底層、傳統的實現方式。c++11引入了5個頭檔案來支援多執行緒程式設計：////

#include // c++11 原子操作，限制併發程式對共享資料的使用，避免資料競爭#include // 該標頭檔案主要宣告了std::thread類，另外std::this_thread命名空間也在該標頭檔案中#include // c++11 互斥量mutex。在多執行緒環境中，有多個執行緒競爭同乙個公共資源，就很容易引發執行緒安全的問題#include // c++11 併發程式設計 主要包含了與條件變數相關的類和函式

其中std::mutex表示普通互斥鎖，可以與std::unique_lock配合使用，把std::mutex放到unique_lock中時，mutex會自動上鎖，unique_lock析構時，同時把mutex解鎖。因此std::mutex可以保護同時被多個執行緒訪問的共享資料，並且它獨佔物件所有權，不支援對物件遞迴上鎖。

可以這樣理解：各個執行緒在對共享資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖才能操作，操作結束解鎖。(下圖來自網路)

常用的成員函式有：

建構函式：std::mutex不支援copy和move操作，最初的mutex物件處於unlocked狀態。

lock函式：互斥鎖被鎖定。如果執行緒申請該互斥鎖，但未能獲得該互斥鎖，則申請呼叫的執行緒將阻塞(block)在該互斥鎖上；如果成功獲得該互訴鎖，則該執行緒一直擁有互斥鎖直到呼叫unlock解鎖；如果該互斥鎖已經被當前呼叫執行緒鎖住，則產生死鎖(deadlock)。

unlock函式：互斥鎖解鎖，釋放呼叫執行緒對該互斥鎖的所有權。

乙個簡單的例子：

std::mutex mtx;  // 建立乙個互斥鎖static void print_(int n, char c)

條件變數的引入是為了作為併發程式設計中的一種控制結構。當多個執行緒訪問同一共享資源時，不但需要用互斥鎖實現獨享訪問以避免併發錯誤(競爭危害)，在獲得互斥鎖進入臨界區後還需要檢驗特定條件是否成立：

若不滿足該條件，擁有互斥鎖的執行緒應該釋放該互斥鎖，使用unique_lock函式把自身阻塞(block)並掛到條件變數的執行緒佇列中

若滿足該條件，擁有互斥鎖的執行緒在臨界區內訪問共享資源，在退出臨界區時通知(notify)在條件變數的執行緒佇列中處於阻塞狀態的執行緒，被通知的執行緒必須重新申請對該互斥鎖加鎖。

條件變數std::condition_variable用於多執行緒之間的通訊，它可以阻塞乙個或同時阻塞多個執行緒。std::condition_variable需要與std::unique_lock配合使用。

常用成員函式：

(1)建構函式：僅支援預設建構函式。

(2)wait()：當前執行緒呼叫wait()後將被阻塞，直到另外某個執行緒呼叫notify_*喚醒當前執行緒。當執行緒被阻塞時，該函式會自動呼叫std::mutex的unlock()釋放鎖，使得其它被阻塞在鎖競爭上的執行緒得以繼續執行。一旦當前執行緒獲得通知(notify，通常是另外某個執行緒呼叫notify_*喚醒當前執行緒)，wait()函式自動呼叫std::mutex的lock()。wait分為無條件被阻塞和帶條件的被阻塞兩種：

無條件被阻塞：呼叫該函式之前，當前執行緒應該已經對unique_locklck完成了加鎖。所有使用同乙個條件變數的執行緒必須在wait函式中使用同乙個unique_lock。該wait函式內部會自動呼叫lck.unlock()對互斥鎖解鎖，使得其他被阻塞在互斥鎖上的執行緒恢復執行。使用本函式被阻塞的當前執行緒在獲得通知(notified，通過別的執行緒呼叫 notify_*系列的函式)而被喚醒後，wait()函式恢復執行並自動呼叫lck.lock()對互斥鎖加鎖。

帶條件的被阻塞：wait函式設定了謂詞(predicate)，只有當pred條件為false時呼叫該wait函式才會阻塞當前執行緒，並且在收到其它執行緒的通知後只有當pred為true時才會被解除阻塞。因此，等效於while (!pred()) wait(lck).

(3)notify_all: 喚醒所有的wait執行緒，如果當前沒有等待執行緒，則該函式什麼也不做。

(4)notify_one：喚醒某個wait執行緒，如果當前沒有等待執行緒，則該函式什麼也不做；如果同時存在多個等待執行緒，則喚醒某個執行緒是不確定的(unspecified)。

簡單的說就是，當std::condition_variable物件的某個wait函式被呼叫的時候，它使用std::unique_lock(通過std::mutex)來鎖住當前執行緒。當前執行緒會一直被阻塞，直到另外乙個執行緒在相同的std::condition_variable物件上呼叫了notification函式來喚醒當前執行緒。

是c++標準程式庫中的乙個標頭檔案，定義了c++11標準中一些表示執行緒、併發控制時進行原子操作的類與方法，主要宣告了兩大類原子物件：std::atomic和std::atomic_flag。

原子操作的主要特點是原子物件的併發訪問不存在資料競爭，利用原子物件可實現資料結構的無鎖設計。在多執行緒併發執行時，原子操作是執行緒不會被打斷的執行片段。

（1）atomic_flag類

是一種簡單的原子bool型別，只支援兩種操作：test_and_set(flag=true)和clear(flag=false)。

跟std::atomic的其它所有特化類不同，它是鎖無關的。

結合std::atomic_flag::test_and_set()和std::atomic_flag::clear()，std::atomic_flag物件可以當作乙個簡單的自旋鎖(spin lock)使用。

atomic_flag只有預設建構函式，禁用拷貝建構函式，移動建構函式實際上也禁用。

如果在初始化時沒有明確使用巨集atomic_flag_init初始化，那麼新建立的std::atomic_flag物件的狀態是未指定的(unspecified)，既沒有被set也沒有被clear；如果使用該巨集初始化，該std::atomic_flag物件在建立時處於clear狀態。

（2）std::atomic類

std::atomic提供了針對bool型別、整形(integral)和指標型別的特化實現。每個std::atomic模板的例項化和完全特化定義乙個原子型別。

若乙個執行緒寫入原子物件，同時另乙個執行緒從它讀取，則行為良好定義。

原子物件的訪問可以按std::memory_order所指定建立執行緒間同步，並排序非原子的記憶體訪問。

std::atomic可以以任何可平凡複製(trivially copyable)的型別t例項化。

std::atomic既不可複製亦不可移動。

atomic_var_init(val)：可以由建構函式直接執行此巨集初始化std::atomic物件。

std::atomic 常用的成員函式：

std::atomic::store(val) 函式將引數 val 複製給原子物件所封裝的值。

std::atomic::load() 讀取被原子物件封裝的值。

std::atomic::exchange(val) 讀取並修改被封裝的值，exchange 會將 val 指定的值替換掉之前該原子物件封裝的值，並返回之前該原子物件封裝的值，整個過程是原子的.

atomic() 預設建構函式，由預設建構函式建立的 std::atomic 物件處於未初始化(uninitialized)狀態，對處於未初始化(uninitialized)狀態 std::atomic物件可以由 atomic_init 函式進行初始化。

atomic (t val) 初始化建構函式，由型別 t初始化乙個 std::atomic物件。

atomic (const atomic&) 拷貝建構函式被禁用。

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