# C++11 并发编程

C++11 新标准中引入了几个头文件来支持多线程编程，他们分别是：

* \<atomic\>：该头文主要声明了两个类, std::atomic 和 std::atomic_flag，另外还声明了一套 C 风格的原子类型和与 C 兼容的原子操作的函数。
* \<thread\>：该头文件主要声明了 std::thread 类，另外 std::this_thread 命名空间也在该头文件中。
* \<mutex\>：该头文件主要声明了与互斥量(mutex)相关的类，包括 std::mutex 系列类，std::lock_guard, std::unique_lock, 以及其他的类型和函数。
* \<condition_variable\>：该头文件主要声明了与条件变量相关的类，包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any。
* \<future\>：该头文件主要声明了 std::promise, std::package_task 两个 Provider 类，以及 std::future 和 std::shared_future 两个 Future 类，另外还有一些与之相关的类型和函数，std::async() 函数就声明在此头文件中。

## Thread

示例如下：

```cpp
#include <iostream>  
#include <thread>  

using namespace std;  

void th_function()  
{  
    std::cout << "hello thread." << std::endl;  
}  

int main(int argc, char *argv[])  
{  
    std::thread t(th_function);  
    t.join();  

    return 0;  
}
```

join 是让当前主线程等待所有的子线程执行完，才能退出。

线程 detach 脱离主线程的绑定，主线程挂了，子线程不报错，子线程执行完自动退出。

线程 detach 以后，子线程会成为孤儿线程，线程之间将无法通信。

## Mutex

Mutex 类

* std::mutex，最基本的 Mutex 类，如果当前线程对同一个mutex多次加锁，会产生死锁（dead lock）；
* std::recursive_mutex，递归锁，允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，recursive_mutex 释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()，可理解为 lock() 次数和 unlock() 次数相同；
* std::time_mutex，定时 Mutex 类；
* std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。

Lock 类

* std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁；
* std::unique_lock，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。

其他类型

* std::once_flag，配合std:call_once使用；
* std::adopt_lock_t，通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数；
* std::defer_lock_t，通常作为参数传入给 unique_lock 的构造函数；
* std::try_to_lock_t，通常作为参数传入给 unique_lock 的构造函数。

函数

* std::try_lock，调用时没有获得锁，则直接返回 false；
* std::lock，调用线程将阻塞等待该互斥量；
* std::try_lock_for，对定时锁可用，接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时则返回 false；
* std::try_lock_util，对定时锁可用，接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时则返回 false；
* std::call_once，如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once 可以保证多个线程对该函数只调用一次。

## Condition Variable

示例如下：

```cpp
#include <iostream>                 // std::cout
#include <thread>                   // std::thread
#include <mutex>                    // std::mutex, std::unique_lock
#include <condition_variable>       // std::condition_variable

std::mutex mtx;             // 全局互斥锁.
std::condition_variable cv; // 全局条件变量.
bool ready = false;         // 全局标志位.

void do_print_id(int id)
{
    std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready)      // 如果标志位不为 true, 则等待...
        cv.wait(lck);   // 当前线程被阻塞, 当全局标志位变为 true 之后,
    // 线程被唤醒, 继续往下执行打印线程编号id.
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go()
{
    std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;       // 设置全局标志位为 true.
    cv.notify_all();    // 唤醒所有线程.
}

int main()
{
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(do_print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!

  for (auto & th:threads)
        th.join();

    return 0;
}
```