漫話C++0x（五）—- thread, mutex, condition_variable

 熟悉C++98的朋友，應該都知道，在C++98中沒有thread, mutex, condition_variable這些與concurrency相關的特性支援，如果需要寫多線程相關程式，都要借助于不同平台上各自提供的api，這樣帶來的問題就是程式的跨平台移植性比較差，經常要用一大堆的#ifdef WIN32類似的宏來區分不同的平台，搞得程式很難看。C++0x最原始的初衷之一就是為了讓C++的功能更加強大，更加友善使用。現如今硬體如此發達，concurrency在程式設計中已經是司空見慣的事情了，如果C++再不支援這些concurrency相關的特性，就真的out了。現在，C++程式員的福音到了，C++0x提供了對thread, mutex, condition_variable這些concurrency相關特性的支援，以後多線程這一塊的代碼可以完全跨平台了，而且由于C++0x封裝的都比較好，代碼寫起來也十分簡潔。下面開始介紹今天的内容。

1. thread

    寫過多線程程式的朋友，相信對thread本身都不會陌生，這裡不對thread本身做太多的說明，以介紹C++0x中提供的thread的用法為主。請大家先看下面的例子：

    下面我們來通過分析上面的例子，來說明一下thread的用法。上面的t1-t4的四個例子，分别是thread的四種構造方式，我們一一來介紹一下：

(1)這種方式是通過變參數模闆實作的，第一個參數是線程入口函數的位址，後面的參數按函數調用時的參數順序傳入。這裡需要說明兩點：一是變參模闆也是C++0x新增的特性，将會在後面的文章中介紹;二是，類成員函數的第一個參數永遠是this，是以這裡第一個參數放的是對象本身。

(2)這種方式是傳入一個std::function對象，bind/function在前一篇中有介紹，不熟悉的朋友可以先看一下C++0x系列的第四篇。

(3)這種方式是傳入一個lambda表達式，也即一個closure，是比較常用的方式。關于lambda也在上一篇中有介紹。

(4)這種方式是最簡單，最常用的方式，直接傳入一個函數，寫過多線程程式的朋友應該對這種方式最為熟悉。

    上面介紹了C++0x thread的基本用法，下面需要再補充幾點使用過程需要注意的事項：

（1）如果入口函數的參數是以引用或指針形式傳入的，需要使用者保證線上程運作過程中，這些參數一直是有效的。同時，如果有多個線程會通路或者修改這些變量，需要使用者做好同步，保證一緻性。

（2）關于上面提到的幾種構造方式，簡單的直接用4，複雜的推薦的選擇順序：1->3->2，即變參模闆方式->lambda方式->bind方式

（3）通常需要等子線程運作完，主線程才退出，是以在主線程中通常需要調各子線程的join()。

2. mutex

    mutex實作的是“互斥鎖”的語義，在多線程的程式中，經常需要通過鎖的機制來保證資料的一緻性，C++0x提供了下面四種語義的mutex:

(1) std::mutex: 普通的互斥鎖，不能遞歸使用

(2) std::timed_mutex：帶逾時的互斥鎖，不能遞歸使用

(3) std::recursive_mutex：遞歸互斥鎖

(3) std::recursive_timed_mutex：帶逾時的遞歸互斥鎖

    關于mutex的使用，我們通常建議使用RAII(Resource Acquisition is Initialization)的方式，即在構造的時候lock, 析構的時候unlock, 不建議直接顯式的lock/unlock，因為這樣比較容易出錯。是以，C++0x也提供了兩個工具類std::lock_guard和std::unique_lock來輔助我們使用mutex，下面我們通過例子來看一下具體的使用：

    從上面的例子，相信大家可以對mutex的基本使用方法都應該比較清楚了，由于mutex本身就比較簡單，這裡不再贅言。說一下std::unique_lock和std::lock_guard的差別，std::lock_guard隻允許RAII方式的使用，而std::unique_lock可以在構造之後調用lock/unlock, 更加靈活一些，但使用的時候出錯的機率也更大一些，是以如果沒有什麼特殊的需求，通常推薦盡量使用std::lock_guard.

3. condition_variable

（1）condition_variable: 用在std::unique_lock< std::mutex>上wait, 比較高效。

（2）condition_variable_any: 可以用在任意mutex上wait, 比較靈活，但效率比condition_variable差一些。

    下面我們通過例子來看看，條件變量在C++0x中的使用方式：

    上面的例子，基本覆寫了C++0x提供的條件變量的主要用法。下面我們來一一分析一下，幫助大家更好的了解：

（1）關于wait，有三種基本的用法：第1種是在指定的條件上循環等待，直到條件為真notify時才會繼續執行後面的邏輯；第2種用法語義上和第1種是一樣的，但是不是使用者做顯式的loop等待，使用者傳入一個需要滿足的條件的closure, wait一直等到這個條件為真被notify時才會傳回繼續執行下面的邏輯，可以了解為這時候，在wait内部有一個loop；第3 種用法，加了一個逾時的語義，wait一直等到條件為真或者逾時，被notify時才會傳回繼續執行下面的邏輯。

（2）關于notify, 有兩種：第1種是notify_one, 隻喚醒一個在wait的線程; 第2種是notify_all，喚醒所有在wait的線程，相當于一個broadcast的語義。

    以上即是今天的主要内容，希望對正在學習C++0x的朋友有所幫助，榮幸之至！