多线程

发布于 2025-06-04 09:43

atomic、memory_order、fence、线程池
std::async, std::future, std::promise, std::atomic

基础层（必须掌握）
├── std::thread 创建和管理
├── std::mutex + std::lock_guard
├── std::condition_variable
└── std::atomic 基础

进阶层（实战常用）
├── std::unique_lock（灵活锁管理）
├── std::shared_mutex（读写锁）
├── std::async + std::future
├── 线程池设计与实现
└── 常见并发模式

高阶（性能优化）
├── 内存序（memory_order）
├── 无锁数据结构
├── 工作窃取算法
├── 缓存优化（伪共享）
└── 协程（C++20 coroutine）

# 并发编程模型
1 Reactor + Thread Pool  //IO密集型
2 per thread one loop + event loop + 任务队列
    event loop模型没有标准实现，如果自己写代码，尽可能按所用Reactor的推荐方式来编程
3 Proactor + 异步IO
4 数据并行模式

message passing  //消息传递
shared memory   //共享内存

基本线程原语选用：
Thread、mutex、Condition
<thread> <Boost.Thread> //使用这两个库

任务队列执行模式： //队列是调度机制，执行方式取决于消费者设计
串行执行、并行执行、混合模式

串行方案：QObject+信号槽
并行方案：QtConcurrent

![](/img/Capturer\_2025-07-03\_084955\_187.png)

## IO模型
阻塞IO
非阻塞IO
select/poll
epoll/kequeue
信号驱动IO
异步IO     //高性能服务器
Reactor    //事件驱动
Proactor

Reactor模式：
```
  ┌─────────────┐     ┌─────────────┐

│   Reactor   │←───→│ Event Demux │

└─────────────┘     └─────────────┘

↑

│ 分发

↓

┌─────────────┐

│ Event Handler│

└─────────────┘
```

Reactor：事件循环核心，负责调度
Event Demultiplexer：系统级I/O多路复用(select/poll/epoll)
Event Handler：具体事件处理接口
Concrete Event Handler：实际事件处理实现

## 任务调度与协调
任务队列+线程池
BlockingQueue 生产者消费者队列

阻抗匹配：

密集计算所占时间比重P(0<P<=1)，系统共有C个CPU，为了让这C个CPU跑满而又不过载。线程池大小公式：T=C/P

P<0.2，这个公式就不适用，T可以取一个固定值，比如5\*C。

# shared memory
race condition

死锁：
```scss

void func1()                    
{                      
    LOCK(&mutex_a);                      
    LOCK(&mutex_b);//线程1停滞在此        
    counter++;                      
    UNLOCK(&mutex_b);                    
    UNLOCK(&mutex_a);                    
}

void func2()
{
    LOCK(&mutex_b);
    LOCK(&mutex_a);//线程2停滞在此
    counter++;
    UNLOCK(&mutex_a);
    UNLOCK(&mutex_b);
}
```

# 多线程
线程管控
    基本管控
    向线程函数传递参数
    移交线程归属权
    运行时选择线程数量
    识别线程
线程间共享数据

并发操作同步
c++内存模型和原子操作
设计基于锁的并发数据结构
设计无锁数据结构
设计并发代码
    线程间切分任务的方法
        先切分数据，再开始处理
        递归方式划分数据
        依据工作类别划分任务（分离关注点、）
            问题点：线程间有大量共享数据(说明划分不对)
        线程间按流程划分任务  
    影响并发代码性能的因素
        处理器数量
        数据竞争和缓存乒乓
        数据的紧凑程度
        过度任务切换和线程过饱和
    设计数据结构提升多线程性能
        针对复杂操作的数据划分(数组操作)
        其他数据类型：（缓存一致性协议（MESI）的强制同步；锁和数据再同一缓存行会破坏A的数据独占，造成性能损失）
高级线程管理
并行算法函数
多线程应用的测试和除错