I . 线程简单使用

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线程简单使用流程 :

① 线程方法准备 : 定义一个方法 , 主要使用其 方法名称 和 返回值 ;

//线程的主方法 , 类似于 Java 中的 run 方法 , C++ 中方法名随意
void* pushData(void*) {// ... 
}

② 声明线程 ID : 线程 ID 类型是 pthread_t 类型的 , 其本质是 int 类型 ;

pthread_t pid_push;

③ 创建线程并执行 : pthread_create() 方法时创建并启动线程 ;

//启动一个线程 , 无限循环 向线程安全队列中存储数据
pthread_create(&pid_push, 0, pushData, 0);

该方法需要提供四个参数 :

• 参数 1 ( pthread_t *tidp ) :线程标识符指针 , 该指针指向线程标识符 ;
• 参数 2 ( const pthread_attr_t *attr ) : 线程属性指针 ;
• 参数 3 ( (void*)(*start_rtn)(void*) ) : 线程运行函数指针 , start_rtn 是一个函数指针 , 其参数和返回值类型是 void* 类型
• 参数 4 ( void *arg ) : 参数 3 中的线程运行函数的参数 ;

④ 等待线程执行完毕 : pthread_join (pthread_t thread, void **value_ptr)方法 , 等待 thread 线程 ID 代表的线程执行完毕 ;

//阻塞 , 等待其中任意一个线程执行完毕 , 实际上是一直在此阻塞 , 如果运行下去 主函数就暂停了
pthread_join(pid_push, 0);

更多详细内容 ( 如线程属性设置等细节 ) 参考 下面的博客 :
【C++ 语言】线程 ( 线程创建方法 | 线程标识符 | 线程属性 | 线程属性初始化 | 线程属性销毁 | 分离线程 | 线程调度策略 | 线程优先级 | 线程等待 )
【C++ 语言】Visual Studio 配置 POSIX 线程 ( Windows 不支持 POSIX | 配置文件下载 | 库文件说明 | 配置过程 )

II . 互斥锁

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互斥锁使用流程 :

① 声明互斥锁变量 :

//互斥锁变量 
// 1. 先导入头文件
// 2. 定义互斥锁变量
// 3. 在构造函数中进行初始化
// 4. 在析构函数中释放
pthread_mutex_t mutex;

② 初始化互斥锁 :

//初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, 0);

③ 上锁 :

//使用互斥锁将操作锁起来
pthread_mutex_lock(&mutex);

④ 互斥操作 : 需要进行互斥的操作 , 放在 上锁 与 解锁之间进行 ;

⑤ 解锁 :

//解除互斥锁 锁定
pthread_mutex_unlock(&mutex);

⑥ 销毁互斥锁 : 互斥锁使用完毕后进行销毁 ;

//释放互斥锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);

III . 条件变量 线程同步

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条件变量使用步骤 :

① 声明 条件变量 :

//条件变量
//	使用流程 : 
//	 1. 在构造函数中进行初始化
//	 2. 在析构函数中释放
pthread_cond_t cond;

② 初始化 条件变量 : 一般在构造函数中执行 ;

//初始化条件变量
pthread_cond_init(&cond, 0);

③ 阻塞线程 :

//阻塞等待 , 相当于 Java 中的 wait() 方法
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

④ 解除线程阻塞 : 有两种方式 , 前者每次只能唤醒一个线程 , 并且无法确定唤醒哪个线程 ; 后者唤醒所有由 cond 条件变量阻塞的线程 ;

//方式 1 : 唤醒一个线程 , 唤醒哪个线程 是无法控制的 ; 该方法 相当于 Java 中的 notify() 
pthread_cond_signal(&cond);//方式 2 : 使用广播通知所有等待的线程 , 唤醒所有的线程 , 相当于 Java 中的 notifyAll
pthread_cond_broadcast(&cond);

⑤ 销毁 条件变量 : 一般在析构函数中进行 ;

//销毁条件变量
pthread_cond_destroy(&cond);

IV . 完整代码示例

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006_ThreadSafeQueue.h

// 006_ThreadSafeQueue.h: 标准系统包含文件的包含文件
// 或项目特定的包含文件。#pragma once#include <iostream>// TODO: 在此处引用程序需要的其他标头。

006_ThreadSafeQueue.cpp

// 005_Thread.cpp: 定义应用程序的入口点。
//#include "006_ThreadSafeQueue.h"
#include <pthread.h>//引入队列的头文件
#include <queue>//引入安全队列头文件
#include "SafeQueue.h"using namespace std;//线程安全队列
SafeQueue<int> safeQueue;//向线程安全队列中添加数据
void* pushData(void*) {//循环放入数据while (true){int i;//用户从命令行输入数据 , 将该数据 push 到线程安全队列中cin >> i;safeQueue.push(i);cout << "存储数据到线程安全队列 : " << i << endl;}return 0;
}//从线程安全队列中取出数据
void* popData(void*) {//循环取出数据while (true){//无限获取数据, 如果线程安全队列中没有数据, 就会在这里阻塞 , 直到 push 进一个数据 , 解除阻塞int i = 0;//注意传入的是引用 , 可以直接给 i 赋值 , 当做返回值safeQueue.popAnyway(i);cout << "从线程安全队列中取出出具 : " << i << "\n" << endl;}return 0;
}/*测试 线程安全队列
*/
int main()
{//两个线程 , 一个 push 数据 ( 生产 ) , 一个 pop 数据 ( 消费 )pthread_t pid_push, pid_pop;//启动一个线程 , 无限循环 向线程安全队列中存储数据pthread_create(&pid_push, 0, pushData, 0);//启动一个线程 , 无限循环 向线程安全队列中取出数据pthread_create(&pid_pop, 0, popData, 0);//阻塞 , 等待其中任意一个线程执行完毕 , 实际上是一直在此阻塞 , 如果运行下去 主函数就暂停了pthread_join(pid_push, 0);system("pause");return 0;
}

SafeQueue.h

//避免被多次 include
#pragma once//避免头文件被多次包含 , 有两种处理方式 
// ① 一种是 #ifndef A #define A #endif 方式
// ② 另一种就是 使用 #pragma once 宏#include <queue>//引入头文件 , 需要使用互斥锁相关逻辑
#include <pthread.h>using namespace std;//创建一个模板类 , 对 Queue 进行封装 , 
// 保证该 queue 队列是一个线程安全的队列
// 对 queue 队列操作是线程安全的
template <typename T>
class SafeQueue {public ://定义构造函数SafeQueue() {//初始化互斥锁pthread_mutex_init(&mutex, 0);//初始化条件变量pthread_cond_init(&cond, 0);}//定义析构函数~SafeQueue() {//释放互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁条件变量pthread_cond_destroy(&cond);}//向队列中加入元素 , 或 从队列中取出元素// queue 队列不是线程安全的 , 现在要保证该 queue 存储元素是线程安全的// 需要使用互斥锁控制 push ( 加入元素 ) 和 pop ( 取出元素 ) 操作 ; //向队列中加入元素void push(T t) {//使用互斥锁将操作锁起来pthread_mutex_lock(&mutex);//使用互斥锁 , 向队列中加入数据是安全的safe_queue.push(t);//唤醒一个线程 , 唤醒哪个线程 是无法控制的 ; 该方法 相当于 Java 中的 notify() //pthread_cond_signal(&cond);//使用广播通知所有等待的线程 , 唤醒所有的线程 , 相当于 Java 中的 notifyAllpthread_cond_broadcast(&cond);//解除互斥锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}/*现在要实现这样一个需求 : 如果 pop 方法获取时 , 该队列 q 为空 , 此时肯定获取不到数据了但是我们规定每次调用 pop 必须获取一个数据这样的话 , 如果检测到 pop 中没有数据 , 就必须先将线程阻塞等到有新的元素 push 进来后 , 解除阻塞 , 使用条件变量实现*///从队列中取出元素 ( 无论如何都要获取到 , 如果获取不到就阻塞到能获取到的时候 )void popAnyway(T& t) {//使用互斥锁将操作锁起来pthread_mutex_lock(&mutex);//如果没有数据 , 那么阻塞等待数据 if (safe_queue.empty()) {//阻塞等待 , 相当于 Java 中的 wait() 方法pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//如果阻塞解除 , 那么执行下面的内容//t 参数是传入的引用 , 这里可以直接给 t 引用赋值 t = safe_queue.front();//将首元素移除safe_queue.pop();//解除互斥锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//从队列中取出元素 ( 取数据时要判空 )void pop(T& t) {//使用互斥锁将操作锁起来pthread_mutex_lock(&mutex);//使用互斥锁 , 向队列中加入数据是安全的 , 如果队列是空的 , 就获取不到元素if (!safe_queue.empty()) {//t 参数是传入的引用 , 这里可以直接给 t 引用赋值 t = safe_queue.front();//将首元素移除safe_queue.pop();}//解除互斥锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}private ://实际操作的队列 ( 先进先出 ) , 该队列不是线程安全的//	如果要保证该 Queue 是线程安全的话 , 就需要为其设置一个互斥锁//	下面的 mutex 互斥锁变量 , 就是为了保证该队列是线程安全队列而设置的queue<T> safe_queue;//互斥锁变量 // 1. 先导入头文件// 2. 定义互斥锁变量// 3. 在构造函数中进行初始化// 4. 在析构函数中释放pthread_mutex_t mutex;//条件变量//	使用流程 : //	 1. 在构造函数中进行初始化//	 2. 在析构函数中释放pthread_cond_t cond;};

CMakeLists.txt

# CMakeList.txt: 005_Thread 的 CMake 项目，在此处包括源代码并定义
# 项目特定的逻辑。
#
cmake_minimum_required (VERSION 3.8)#引入头文件
include_directories("include")#配置自动根据当前是 32 位还是 64 位程序 , 确定静态库的配置目录
if(CMAKE_CL_64)set(platform x64)
else()set(platform x86)
endif()
#配置静态库 , 用于引导如何链接动态库和静态库
link_directories("lib/${platform}")#处理 “timespec”:“struct” 类型重定义 报错信息
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -DHAVE_STRUCT_TIMESPEC")# 将源代码添加到此项目的可执行文件。
add_executable (006_ThreadSafeQueue "006_ThreadSafeQueue.cpp" "006_ThreadSafeQueue.h")#链接生成的 006_ThreadSafeQueue 和线程动态库名字  
#	动态库是 lib/x64 下的 pthreadVC2.lib 
target_link_libraries(006_ThreadSafeQueue  pthreadVC2)# TODO: 如有需要，请添加测试并安装目标。

运行结果

V . 示例代码说明

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下载完项目后 , 使用 Visual Studio 打开 , 注意需要配置 POSIX 线程库 ;

【Visual Studio】Visual Studio 2019 社区版 CMakeList 开发环境安装 ( 下载 | 安装相关组件 | 创建编译执行项目 | 错误处理 )

【Visual Studio 2019】创建 导入 CMake 项目

【C++ 语言】Visual Studio 配置 POSIX 线程 ( Windows 不支持 POSIX | 配置文件下载 | 库文件说明 | 配置过程 )