C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов

Чтобы запустить поток, нужно иметь функцию, которую он будет выполнять. Функция не обязательно должна быть особенной, поскольку в потоке можно выполнить практически любую функцию. Напишем небольшую программу-пример, которая запускает поток и ожидает его завершения:

void f(int i) { cout << i << '\n'; }

int main()

{

  thread t {f, 123};

  t.join();

}

Вызов конструктора std::thread принимает указатель на функцию или вызываемый объект; за ним следуют аргументы, которые нужно использовать в вызове функции. Конечно, можете также запустить поток или функцию, не принимающие никаких параметров.

При наличии в системе нескольких ядер процессора потоки можно выполнять параллельно и конкурентно. В чем заключается разница? Если компьютер имеет всего одно ядро ЦП, то можно создать множество потоков, работающих параллельно, но не конкурентно, поскольку ядро способно запускать лишь один поток в любой момент времени. Потоки запускаются и чередуются, где каждый поток выполняется какую-то часть секунды, затем приостанавливается, после чего следующий поток получает время (для пользователей-людей кажется, что потоки выполняются одновременно). Если потокам не нужно делить одно ядро, то они могут быть запущены конкурентно и действительно работать одновременно.

К этому моменту мы не контролируем следующие детали:

□ порядок, в котором потоки чередуются на одном ядре;

□ приоритет потока, указывающий, что один поток главнее другого;

□ распределение потоков между ядрами. Вполне возможна ситуация, когда все потоки будут выполняться на одном ядре, несмотря на то что машина имеет более 100 ядер.

Большая часть операционных систем предоставляет возможности управления этими аспектами многопроцессорной обработки, но на текущий момент данные функции не включены в STL.

Однако можно запускать и останавливать потоки и указывать им, когда и над чем работать и когда останавливаться. Этого должно быть достаточно для большинства приложений. В данном разделе мы создали три дополнительных потока. После этого объединили большую их часть и открепили последний. Подытожим на одном рисунке все, что произошло (рис. 9.1).

Читая рисунок сверху вниз, мы заметим, что в какой-то момент разбиваем рабочий поток программы на четыре потока. Мы запускаем три дополнительных потока, которые совершают некие действия (а именно, ожидают и выводят сообщения), но после их запуска основной поток, выполняющий функцию main, остается без работы.

Когда поток завершает выполнение своей функции, он возвращает значение, возвращенное ею. Затем стандартная библиотека «делает уборку», что приводит к удалению потока из планировщика системы и, возможно, его уничтожению, но волноваться об этом не нужно.

Единственное, о чем следует волноваться, — это объединение. Когда поток вызывает функцию x.join() для объекта другого потока, его выполнение приостанавливается до того, как будет выполнен поток x. Обратите внимание: нас ничто не спасет при попадании потока в бесконечный цикл! Если нужно, чтобы поток продолжал существовать до тех пор, пока не решит завершиться, то можно вызвать функцию x.detach(). После этого у нас не будет возможности управлять потоком. Независимо от принятого решения, мы должны всегда объединять или откреплять потоки. Если мы не сделаем этого, то деструктор объекта thread вызовет функцию std::terminate(), что приведет к внезапному завершению работы приложения.

В момент, когда функция main возвращает значение, приложение заканчивает работу. Однако в это же время наш открепленный поток t3 все еще находится в приостановленном состоянии и не успевает отправить сообщение bye на консоль. Операционной системе это неважно: она просто завершает всю программу, не дожидаясь завершения данного потока. Указанный факт важно иметь в виду. Если дополнительный поток должен был соревноваться за что-то важное, то нужно было бы подождать его завершения в функции main. 

Выполняем устойчивую к исключениям общую блокировку с помощью td::unique_lock и std::shared_lock

Поскольку работа потоков значительно зависит от поддержки операционной системы, а STL предоставляет хорошие интерфейсы, позволяющие абстрагироваться от операционных систем, разумно также предоставить поддержку STL для синхронизации между потоками. Таким образом, можно не только запускать и останавливать потоки без внешних библиотек, но и синхронизировать их с помощью абстракций из одной объединенной библиотеки — STL.

В этом разделе мы взглянем на классы-мьютексы STL и абстракции блокировки RAII. Поэкспериментируем с ними в нашей конкретной реализации примера, а также изучим другие вспомогательные средства синхронизации, предоставляемые STL.

Как это делается