Конспект-справочник 'Моделирование на C++'

Потоки стандартной библиотеки и синхронизация потоков 
В стандартную библиотеку C++ включены стандартные, доступные на 
всех реализациях C++, полностью поддерживающих стандарт, классы для 
работы с потоками. Они определены в заголовке . Поток - это 
последовательность инструкций, которая может выполняться одновременно с 
другими потоками одновременно. Одновременность выполнения реализована 
либо с помощью разделения выполнения потоков на отдельных физических 
ядрах процессора (параллельное выполнение, parallelism) или с помощью 
механизмов многозадачности как правило предоставляемых операционной 
системой (многозадачность, concurrency). 
Использование потоков на C++ происходит следующим образом: 
#include  
#include  
 
using namespace std; 
 
// обычная функция будет использоваться в качестве потока 
int worker1(const string &str, int num) 
{ 
cout << "function " << str << num << endl; 
return num; 
} 
 
// функтор, или функция с состоянием, в качестве потока 
class Worker 
{ 
public: 
int operator()(const string &str, int num) const 
{ 
cout << "functor " << str << num << endl; 
return num; 
} 
 
}; 
 
int main() 
{ 
Worker worker2; 

// лямбда в качестве потока 
91 

---

auto worker3 = [](const string &str, int num) 
{ 
cout << "lambda " << str << num << endl; 
return num; 
}; 

// количество аппаратных исполниетелей потока
// 
(как правило, количество ядер процессора) 
cout << "hardware concurrency threads: "
<< thread::hardware_concurrency() << endl; 

// создание и запуск потоков на исполнение 
thread trd1(worker1, "worker thread No ", 1); 
// вызов функции в отдельном
// 
потоке (на отдельном ядре
// 
процессора) 
thread trd2(worker1, "worker thread No ", 2); 
// ничто не мешает запустить
// 
одно и то же дважды 
thread trd3(worker2, "worker thread No ", 3); 
// вызов функтора в отдельном
// 
потоке 
thread trd4(worker3, "worker thread No ", 4); 
// вызов лямбда-выражение в
// 
отдельном потоке 
cout << "main thread" << endl; 
// основной поток тоже выполняется 

// ожидание завершения соответствующих потоков 
trd1.join(); 
// ожидание завершения птока №1 
trd2.join(); // ... 
trd3.join(); 
trd4.join(); 
... 
Можно заметить, что консольны вывод одновременно выполняющихся 
потоков перемешивается. Чтобы этого избежать, а также упорядочить 
совместный доступ к данным, необходимо использование методов 
синхронизации потоков. В распоряжении программиста есть стандартное 
средство - mutex (mutual exclusion, взаимное исключение). Взаимное 
исключение защищает критическую секцию кода (critical section): захват 
взаимного исключения заставляет другие потоки, пытающиеся захватить то же 
взаимное исключение, ожидать его освобождения. Взаимные исключения 
определены в заголовочном файле. В предыдущем примере использование 
мьютексов позволит синхронихировать вывод потока в общую консоль. Для 
этого перед выводом в консоль необходимо делать захват взаимного 
исключения, и после завершения освобождать его, давая другим потокам 
захватить мьютекс и начать свой вывод. 
include  
using namespace std; 
 
mutex mtx; 
 
92 

---

int worker1(const string &str, int num) 
{ 
mtx.lock(); 
cout << "function " << str << num << endl; 
mtx.unlock(); 
return num; 
} 
В стандартной библиотеке определены и другие механизмы 
синхронизации, которые следует подробно изучить, если потребуется 
использовать многопоточное программирование. Также отлаженная и 
устойчивая реализация многопоточности есть в нестандартных библиотеках: 
Intel Threading Building Blocks (TBB), Boost.Threads, POCO.