多线程hello world

Code

#include <iostream>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <chrono>

std::condition_variable cv;
std::mutex mtx;
bool paused = false;

void printHelloWorld() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, []() -> bool { return !paused; });

        std::cout << "Hello World" << std::endl;
        lock.unlock();

        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    }
}

int main() {
    std::thread printingThread(printHelloWorld);

    char input;
    while (true) {
        std::cin >> input;
        if (input == '-') {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
            paused = true;
        } else {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
            paused = false;
            cv.notify_one();
        }
    }

    printingThread.join();
    return 0;
}

解析

std::condition_variable cv;
std::mutex mtx;
bool paused = false;

​ cv是一个全局的条件变量，mtx是锁，paused用来表明当前程序是否进入暂停状态。

线程

​ void printHelloWorld()是线程中执行的函数，使用c++标准库中的std::thread新建一个线程printingThread，并把需要执行的函数作为函数指针传递进去，下文中都称呼为子线程。

​ 在void printHelloWorld()中执行的是一个死循环，输出hello world，但区别在于，程序可能会被键盘输入的字符-打断进入暂停态。在这段代码中使用了全局变量paused来表明程序当前的状态。

​ 这是一个全局的状态，因此在多线程中会产生竞争关系，在对临界区进行读写时需要锁来进行保护。在子线程开头，先获取mtx锁，保证对临界区访问的独占性。

std::unique_lock<std::mutex>

​ 这是标准库中的独占锁。

​ 这个模板类的构造函数是获取锁(上锁)，析构函数是释放锁，也可以通过类成员函数unlock()手动释放锁。在离开当前作用域时，锁会被自动释放。

cv.wait()

​ 再获取mtx锁以后，等待条件变量cv。

cv.wait(lock, []() -> bool { return !paused; });
// 声明如下
template<class Predicate>
void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred);

​ cv.wait()的内容主要是：

  1. 获取std::unique_lock<std::mutex>& lock锁
  2. 获取了锁之后，检查等待条件pred，如果为true，直接执行下一行代码(不会自动释放锁，需要手动释放)，如果为false，则线程释放锁并且进入阻塞(wait)状态直到被唤醒
  3. 通过其他线程调用了 cv.notify_one() 或 cv.notify_all()来唤醒当前线程
  4. 唤醒当前线程可以理解为重新执行cv.wait()函数，下一行是否执行(真正意义上的唤醒线程)取决于pred.cv.notify_one() 或 cv.notify_all()相当于只是把当前线程扒拉起来，看看问问他有没有睡醒，睡醒了就起来干活，没睡醒就让他继续睡。醒没醒由pred决定。

如果当前的程序状态是paused == false，即当前程序不处于暂停状态，子线程在获取锁，条件变量wait后，输出helloworld，然后手动释放锁，并睡眠1秒后进行第二次循环。

主线程

std::thread printingThread(printHelloWorld);

​ 主线程在子线程创立后，两个线程就是独立运行的了。

​ 子线程会不断进行循环：

​ 主线程会进入死循环，不断通过std::cin读取键盘的输入，并根据键盘的输入情况，获取锁进入临界区，在临界区操作全局变量paused。由于是使用的std::unique_lock<std::mutex>，因此在离开时无需手动释放锁，析构函数会自动释放锁。