C++ 멀티스레딩
멀티스레딩은 컴퓨터가 동시에 두 개 이상의 프로그램을 실행할 수 있는 특별한 형태의 멀티태스킹입니다. 일반적으로 멀티태스킹에는 프로세스 기반과 스레드 기반이라는 두 가지 유형이 있습니다.
프로세스 기반 멀티태스킹은 프로그램의 동시 실행입니다.
스레드 기반 멀티태스킹은 동일한 프로그램 조각을 동시에 실행하는 것입니다.
멀티 스레드 프로그램은 동시에 실행될 수 있는 두 개 이상의 부분으로 구성됩니다. 이러한 프로그램의 각 부분을 스레드라고 하며, 각 스레드는 별도의 실행 경로를 정의합니다.
C++에는 멀티스레드 애플리케이션에 대한 기본 지원이 포함되어 있지 않습니다. 대신, 이 기능을 제공하는 것은 운영 체제에 전적으로 의존합니다.
이 튜토리얼에서는 Linux 운영 체제를 사용하고 있으며 POSIX를 사용하여 멀티스레드 C++ 프로그램을 작성한다고 가정합니다. POSIX 스레드 또는 Pthread는 FreeBSD, NetBSD, GNU/Linux, Mac OS X 및 Solaris와 같은 다양한 Unix 계열 POSIX 시스템에서 사용할 수 있는 API를 제공합니다.
Create Thread
POSIX 스레드를 생성하는 데 사용할 수 있는 다음 프로그램은 다음과 같습니다.
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
여기서 pthread_create는 새 스레드를 생성하고 실행 가능하게 만듭니다. 다음은 매개변수에 대한 설명입니다.
| 매개변수 | 설명 |
|---|---|
| thread | 스레드 식별자 포인터를 가리킵니다. |
| attr | 스레드 속성을 설정하는 데 사용할 수 있는 불투명 속성 개체입니다. 스레드 속성 개체를 지정하거나 기본값인 NULL을 사용할 수 있습니다. |
| start_routine | 스레드가 생성되면 실행될 스레드 실행 함수의 시작 주소입니다. |
| arg | 함수 실행을 위한 인수입니다. 참조를 void 유형에 대한 포인터로 캐스팅하여 전달해야 합니다. 매개변수가 전달되지 않으면 NULL이 사용됩니다. |
스레드가 성공적으로 생성되면 함수는 0을 반환합니다. 반환 값이 0이 아닌 경우 스레드 생성에 실패한 것입니다.
스레드 종료
다음 프로그램을 사용하면 POSIX 스레드를 종료하는 데 사용할 수 있습니다.
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
여기서 pthread_exit는 스레드를 명시적으로 종료하는 데 사용됩니다. 일반적으로 pthread_exit() 함수는 스레드가 작업을 완료하고 더 이상 존재할 필요가 없을 때 호출됩니다.
main()이 생성된 스레드보다 먼저 종료되고 pthread_exit()를 통해 종료되면 다른 스레드가 계속 실행됩니다. 그렇지 않으면 main()이 끝날 때 자동으로 종료됩니다.
예제
다음의 간단한 예제 코드는 pthread_create() 함수를 사용하여 5개의 스레드를 생성하고 각 스레드는 "Hello php!"를 출력합니다.
#include <iostream>
// 必须的头文件是
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{
cout << "Hello php！" << endl;
}
int main()
{
// 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
pthread_t tids[NUM_THREADS];
for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
{
//参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
if (ret != 0)
{
cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
}
}
//等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
pthread_exit(NULL);
}-lpthread 라이브러리를 사용하여 다음 프로그램을 컴파일합니다.
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
이제 실행해 보세요. 프로그램은 다음과 같은 결과를 생성합니다.
$ ./test.o Hello php！ Hello php！ Hello php！ Hello php！ Hello php！
다음의 간단한 예제 코드는 pthread_create() 함수를 사용하여 5개의 스레드를 생성하고 들어오는 매개변수를 받습니다. 각 스레드는 "Hello php!" 메시지를 인쇄하고 수신된 매개변수를 출력한 다음 pthread_exit()를 호출하여 스레드를 종료합니다.
//文件名：test.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid)
{
// 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
int tid = *((int*)threadid);
cout << "Hello php! 线程 ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main ()
{
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
indexes[i] = i; //先保存i的值
// 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
if (rc){
cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}이제 프로그램을 컴파일하고 실행하면 다음과 같은 결과가 생성됩니다.
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : 创建线程, 0 main() : 创建线程, 1 main() : 创建线程, 2 main() : 创建线程, 3 main() : 创建线程, 4 Hello php! 线程 ID, 4 Hello php! 线程 ID, 3 Hello php! 线程 ID, 2 Hello php! 线程 ID, 1 Hello php! 线程 ID, 0
스레드에 매개변수 전달
이 예에서는 구조를 통해 여러 매개변수를 전달하는 방법을 보여줍니다. 다음 예와 같이 스레드 콜백이 void를 가리키므로 임의의 데이터 유형을 전달할 수 있습니다.
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
struct thread_data{
int thread_id;
char *message;
};
void *PrintHello(void *threadarg)
{
struct thread_data *my_data;
my_data = (struct thread_data *) threadarg;
cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
cout << " Message : " << my_data->message << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main ()
{
pthread_t threads[NUM_THREADS];
struct thread_data td[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
td[i].thread_id = i;
td[i].message = "This is message";
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&td[i]);
if (rc){
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}위 코드를 컴파일하고 실행하면 다음과 같은 결과가 생성됩니다.
$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Thread ID : 3 Message : This is message Thread ID : 2 Message : This is message Thread ID : 0 Message : This is message Thread ID : 1 Message : This is message Thread ID : 4 Message : This is message
스레드 연결 및 분리
다음 두 함수를 사용하여 스레드를 결합하거나 분리할 수 있습니다.
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 서브루틴은 지정된 threadid 스레드가 종료될 때까지 호출 프로그램을 차단합니다. 스레드가 생성되면 해당 속성 중 하나가 스레드가 결합 가능한지 또는 분리되는지 여부를 정의합니다. 생성 시 연결 가능으로 정의된 스레드만 연결할 수 있습니다. 스레드가 생성될 때 분리 가능으로 정의되면 절대로 연결될 수 없습니다.
이 예제에서는 pthread_join() 함수를 사용하여 스레드가 완료될 때까지 기다리는 방법을 보여줍니다.
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *wait(void *t)
{
int i;
long tid;
tid = (long)t;
sleep(1);
cout << "Sleeping in thread " << endl;
cout << "Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main ()
{
int rc;
int i;
pthread_t threads[NUM_THREADS];
pthread_attr_t attr;
void *status;
// 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)i );
if (rc){
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// 删除属性，并等待其他线程
pthread_attr_destroy(&attr);
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
rc = pthread_join(threads[i], &status);
if (rc){
cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
exit(-1);
}
cout << "Main: completed thread id :" << i ;
cout << " exiting with status :" << status << endl;
}
cout << "Main: program exiting." << endl;
pthread_exit(NULL);
}위 코드를 컴파일하고 실행하면 다음과 같은 결과가 나옵니다.
main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Sleeping in thread Thread with id : 4 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 0 ...exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0 Main: completed thread id :1 exiting with status :0 Main: completed thread id :2 exiting with status :0 Main: completed thread id :3 exiting with status :0 Main: completed thread id :4 exiting with status :0 Main: program exiting.
