C++ 멀티스레딩

멀티스레딩은 컴퓨터가 동시에 두 개 이상의 프로그램을 실행할 수 있는 특별한 형태의 멀티태스킹입니다. 일반적으로 멀티태스킹에는 프로세스 기반과 스레드 기반의 두 가지 유형이 있습니다.

프로세스 기반 멀티태스킹은 프로그램을 동시에 실행하는 것입니다.

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 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.

스레드 생성

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.

参数	描述
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

终止线程

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>pthread_exit (status)

在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

实例

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出"Hello Runoob！":

#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 Runoob！" << 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);}

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.oHello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *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 Runoob! 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);}

现在编译并执行程序，将产生下列结果：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o

main() : 创建线程, 0main() : 创建线程, 1main() : 创建线程, 2main() : 创建线程, 3main() : 创建线程, 4Hello Runoob! 线程 ID, 4Hello Runoob! 线程 ID, 3Hello Runoob! 线程 ID, 2Hello Runoob! 线程 ID, 1Hello Runoob! 线程 ID, 0

向线程传递参数

这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型，因为它指向 void，如下面的实例所示：

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5struct 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);}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
main() : creating thread, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 
2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 
4Thread ID : 3 Message : This is messageThread ID : 
2 Message : This is messageThread ID : 0 Message : 
This is messageThread ID : 1 Message : This is messageThread

ID : 4 Message : This is message

连接和分离线程

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)

pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>#include <unistd.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *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);}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

main() : creating thread, 0main() : 
creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Sleeping 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 :0Main: completed thread id :1  
exiting with status :0Main: completed thread id :2  
exiting with status :0Main: completed thread id :3  
exiting with status :0Main: completed thread id :4  
exiting with status :0Main: program exiting.

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