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【C++并发编程实战】第1章 你好，C++的并发世界!

news 来源：原创 2025/9/10 15:04:49

文章目录

  • 1. 何谓并发
  • 2. 为什么使用并发？
  • 3. 什么时候不使用并发
  • 4. C++多线程历史
  • 5. 第一个并发程序

1. 何谓并发

  • 最简单和最基本的并发,是指两个或更多独立的活动同时发生。计算机领域的并发指的是在单个系统里同时执行多个独立的任务，而非顺序的进行一些活动。
  • 单核的任务切换有一定的时间开销，但由于切换得太快也称为并发。
  • 多核能够真正的并行多个任务，我们称其为硬件并发。
  • 即便是具有真正硬件并发的系统，也很容易拥有比硬件可并行最大任务数还要多的任务需要执行，所以任务切换在这些情况下仍然适用。
  • 多进程和多线程是实现并发的两种基本途径
    • 多进程并发：将应用程序分为多个独立的进程，它们在同一时刻运行
      • 独立的进程可以通过进程间通信传递讯息(信号、套接字、文件、管道等等)
      • 这种进程之间的通信通常不是设置复杂，就是速度慢，这是因为操作系统会在进程间提供了一定的保护措施，以避免一个进程去修改另一个进程的数据
      • 运行多个进程所需的固定开销：需要时间启动进程，操作系统需要内部资源来管理进程，等等。
      • 可以使用远程连接(可能需要联网)的方式，在不同的机器上运行独立的进程。
    • 多线程并发：在单个进程中运行多个线程。
      • 每个线程相互独立运行，且线程可以在不同的指令序列中运行。
      • 进程中的所有线程都共享地址空间，并且所有线程访问到大部分数据。
      • 进程之间通常共享内存，但这种共享通常也是难以建立，且难以管理。因为，同一数据的内存地址在不同的进程中是不相同。
      • 地址空间共享，以及缺少线程间数据的保护，使得操作系统的记录工作量减小，所以使用多线程相关的开销远远小于使用多进程。
      • 如果数据要被多个线程访问，那么程序员必须确保每个线程所访问到的数据是一致的
      • C++标准并未对进程间通信提供任何原生支持，所以使用多进程的方式实现，这会依赖与平台相关的API。

2. 为什么使用并发？

  • 为了分离关注点
  • 为了性能
    • 将一个单个任务分成几部分，且各自并行运行，从而降低总运行时间，这就是任务并行
    • 每个线程在不同的数据部分上执行相同的操作，这就是数据并行

3. 什么时候不使用并发

  • 基本上，不使用并发的唯一原因就是，收益比不上成本。
  • 因为操作系统需要分配内核相关资源和堆栈空间，所以在启动线程时存在固有的开销，然后才能把新线程加入调度器中，所有这一切都需要时间。
  • 线程是有限的资源。如果让太多的线程同时运行，则会消耗很多操作系统资源，从而使得操作系统整体上运行得更加缓慢。
  • 因为每个线程都需要一个独立的堆栈空间，所以运行太多的线程也会耗尽进程的可用内存或地址空间。
  • 运行越多的线程，操作系统就需要做越多的上下文切换，每个上下文切换都需要耗费本可以花在有价值工作上的时间。
  • 并发拥有大幅度提高应用性能的潜力，但它也可能使代码复杂化，使其更难理解，并更容易出错。

4. C++多线程历史

  • 早期的标准如C++98，没办法在缺少编译器相关扩展的情况下编写多线程应用程序，只能使用平台相关的C语言API来处理多线程。
  • C++11标准不仅有了一个全新的线程感知内存模型，C++标准库也扩展了：包含了用于管理线程、保护共享数据、线程间同步操作，以及低级原子操作的各种类。这些类封装了底层的平台相关API，并提供用来简化任务的高级多线程工具。
  • C++线程库中提供一个native_handle()成员函数，允许通过使用平台相关API直接操作底层实现。

5. 第一个并发程序

#include <iostream>
#include <thread>  // 引入标准线程库
void hello()  // 新线程入口函数
{std::cout << "Hello Concurrent World\n";
}
int main()	// 主线程入口函数
{std::thread t(hello);  // 创建新线程t.join();  // 让主线程等待新线程结束
}

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