C/C++ 多线程编程

我们知道在工作中多线程可以帮助我们提升程序的效率，提高cpu多核的利用率，这里我们简单的记录以下C/C++多线程编程的知识
C语言用的是pthread,在gcc编译的时候需要加上-pthread选项
C++用的是std,虽然说C++可以用pthread但是std更加跨平台,pthread只能在类unix系统下用

线程是什么？
我们通常意义上讲的线程多为用户线程，比如说我们pthread创建的线程,比如我们std创建的线程，这些线程都是用户线程,他们有一个共同点都是用户创建的，其实还有一个线程叫做硬件线程，这个线程就是我们cpu每个核心上的线程，每个核心都是通过每个核心上的硬件线程去执行任务，而用户线程在cpu和操作系统上是不可见的
这里我们还要提到一种线程叫做内核线程,毫无疑问内核线程是由内核实现，他是硬件线程的映射，比如我们cpu有4个核心，每个核心一个硬件线程，那么我们的操作系统会根据硬件线程创建对应的内核线程，一个内核线程被block住，其他的内核线程还是可以使用(因为有多个硬件线程)

内核线程更具操作系统的调度算法将内核线程映射到相应的硬件线程上

内核线程上下文切换消耗会非常的大，因为我们的内核线程最终是映射在cpu的核心上或者说硬件线程上，也许我们有4个core每个core4个硬件线程，但是我们的操作系统有8个内核线程，此时我们可能会进行内核线程的上下文切换，当上下文切换，我们需要保存cpu寄存器中的值，所以内核线程上下文切换开销还是有点大

用户线程和内核线程的映射是M:1或者M:N的关系，而内核线程和硬件线程也存在映射关系，且内核或者说操作系统并不知道用户线程的存在，操作系统只知道内核线程的存在，关于用户线程向内核线程的调度是通过线程库去实现的，内核线程向硬件线程的调度是通过操作系统实现的，因为不管是用户线程映射到内核线程还是内核线程映射到硬件线程都不是1:1的关系，所以会存在 用户线程的上下文切换和内核线程的上下文切换，切换的对比上面已经说了

这里讲述一下硬件线程，我们看到市面上的CPU可能会写6核12线程等等，这个线程就是我们所说的硬件线程是真正core执行的东西，真正实现并行计算的东西，但是一般来说一个核也就是core一般只有1个线程，为什么会出现6核12线程这样一个core对应2个硬件线程呢？因为他是用到了超线程技术，我们知道CPU执行执行分为五个步骤，分别是
取值阶段
译码阶段
执行阶段
访问阶段
写回阶段
当我们一个指令执行到第二第三个阶段后不能说之前的阶段都空着啊，可以直接执行另一个程序，换句话说我们CPU有多个运算单元，我们执行一个指令可能只会让其中一个运算单元繁忙，但是其他的运算器都是空的，此时我们可以在执行一个指令的同时，执行另一个指令(选择的指令不会与另一个指令使用到的运算器相同)，让我们的CPU大部分ALU繁忙起来，这样实现我们的超线程，也就是让我们一个core同时执行2个线程，假设我们在执行一个指令的时候所用到的运算器，是其他指令一开始也会用到的，那么就会阻塞住，再怎么超线程也不管用，1core2thread还是只能在这个时候当1core1thread用
所以我们可以说12core12thread要比6core12thread好，因为我们操作系统如果把多个内核线程调度到一个core上极有可能发生冲突，导致我们一个core只能当1个thread用，再怎么超线程也不管用，假如我们的操作系统将多个内核线程调度到不同的core上就会避免这个冲突问题，做到真正的并行计算

创建线程
首先我们肯定是要创建线程的
C语言创建线程要这样int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);第一个参数是线程id的指针这个必须要写，第二个参数是设定线程的属性(假如不对线程做属性规定可写成NULL)，第三个是线程执行函数的指针，第四个是传入待执行函数的arg也可为NULL

#include 
pthread_t tid
pthread_create(&tid,NULL,FUNCTION_NAME,NULL);

这样我们就创建了一个线程

在C++中使用std就简单的多了

#include
//using namespace std;
std::thread t1; //创建了一个线程t1
std::thread t2(T2_FUNCTION_WITHOUTARG);//创建了一个线程t2并且指定其运行的函数
std::thread t3(T3_FUNCTION,T3_ARG); //创建了一个线程t3并且执行其运行的函数并且指定其参数

这样一看C++的std比pthread要简单很多

设置线程属性
我们可以设置线程属性，线程有非常多的属性我们可以设置，比如
设置线程的分离状态

分离线程(detached)意思是这个线程不能被其他的线程所杀死，当他执行完后他所用的资源由系统回收
非分离线程(joinable)意思是线程可以被其他线程杀死，或者回收，在被回收前(join)他的资源是不被释放的

我们还可以设置线程的调度策略等等

我们来设置线程不可分离，且用住线程来等待子线程执行完毕用 pthread_join() 来回收线程

#include 
#include 
#include 
#include 

int count = 0;

void thread_add_count(void){
        sleep(5); //sleep 5 second
        count++;
}

int main(int argc, char * argv[]){
        pthread_t tid; //thread id
        pthread_attr_t thattr;  //thread attr
        int therr; // pthread_create return value

        pthread_attr_init(&thattr);  //init thread attr
        pthread_attr_setdetachstate(&thattr,PTHREAD_CREATE_JOINABLE);  //set thread joinable
        if( (therr = pthread_create(&tid,&thattr,&thread_add_count,NULL)) != 0 ){
                printf("create thread errorn");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        //pthread_attr_destory(&thattr);   //destory thread

		
        pthread_join(tid,NULL); 

        printf("count is %dn", count);

        return 0;
}

而c++用std设置线程分离和join就简单的多

#include 

std::thread t1(T1_FUNCTION);
t1.detach();//创建分离线程

std::thread t2(T2_FUNCTION);
t2.join(); //t2为非分离线程，且主线程等待t2线程执行完毕