C++多线程通信_c++ socket 多线程

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参考：
https://m.imooc.com/article/289630   C++11 标准库新引入的线程库
https://www.jianshu.com/p/e5a3498ba930

（一）多线程编程

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <future>
#include <csignal>
#include <windows.h>

using namespace std;

std::mutex mlock;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

int thread_entry(int a, char y)
{
	std::thread::id  id = std::this_thread::get_id();
	cout << "this thread id is " << id << endl;
	while (!ready) {
		std::this_thread::yield();//交出本线程的时间片使用权，等待下一次调度.可作为一种同步机制。
	}
	cout << "args:" << a << "\t" << y << endl;
	
	return 0;
}
int thread_entry_uselock(int a, char c)
{	
	static int count = 0;
	std::thread::id id = std::this_thread::get_id();
	cout << "this thread id is " << id << endl;
	mlock.lock();
	for (int i = 0; i < 300000; ++i)
		count++;
	cout << "count = " << count << endl;//300000时count出现不是300000倍数的情况，
										//说明多线程在访问count的时候有问题了，加锁就OK！
	mlock.unlock();
	
	return 0;
}
int thread_entry_uselock_usecv(int a, char c)
{
	static int count = 0;
	std::thread::id id = std::this_thread::get_id();
	cout << "this thread id is " << id << endl;

	std::unique_lock<std::mutex> lock(mlock);
	while(!ready)
		cv.wait(lock);//会先解锁，陷入休眠，让其他竞争此锁mlock的线程得以继续执行；当比唤醒后再上锁
	//cv.wait(lock, []() {return ready; });//使用谓词
	for (int i = 0; i < 300000; ++i)
		count++;
	cout << "count = " << count << endl;

	return 0;
}

int thread_entry_with_future_promise(std::future<int> *future)
{
	std::thread::id id = std::this_thread::get_id();
	cout << "this thread id is " << id << endl;
	
	int value = future->get();
	cout << "value = " << value << endl;

	return 0;
}
int add(int a, int b)
{
	return (a + b);
}
int thread_entry_with_future_packaged_task(std::future<int> *future)
{
	std::thread::id id = std::this_thread::get_id();
	cout << "this thread id is " << id << endl;

	int value = future->get();
	cout << "value = " << value << endl;

	return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
	cout << "****************demo1创建单个线程***************************" << endl;
	std::thread th(thread_entry, 1, 'a');//创建线程，并传参
	cout << "ready = true" << endl;
	ready = true;
	if ( th.joinable() )//判断th这个线程是否可连接
		th.join();//阻塞连接
	else
		th.detach();//分离
	
	ready = false;
	cout << "****************demo2创建多个线程***************************" << endl;
	std::thread thmore[5];
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		thmore[i] = std::thread(thread_entry, i, 'b');
	}
	cout << "ready = true" << endl;
	ready = true;
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		thmore[i].join();//阻塞连接
	}

	ready = false;
	cout << "****************demo3使用mutex***************************" << endl;
	std::thread th_uselock[5];
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		th_uselock[i] = std::thread(thread_entry_uselock, i, 'c');
	}
	cout << "ready = true" << endl;
	ready = true;
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		th_uselock[i].join();//阻塞连接
	}

	ready = false;
	cout << "****************demo4使用mutex + condition_variable*************" << endl;
	std::thread th_uselock_usecv[5];
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		th_uselock_usecv[i] = std::thread(thread_entry_uselock_usecv, i, 'd');
	}
	char c;
	cout << "ready?" << endl;
	cin >> c;
	if ( (c == 'Y') || (c =='y') ) {
		ready = true;
		//cv.notify_one(); //随机唤醒一个等待的线程
		cv.notify_all();   //唤醒cv上等待的所有线程，应避免惊群效应
	}
	else
		cout << "Now is not ready!" << endl;
	
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		th_uselock_usecv[i].join();//阻塞连接
	}

	ready = false;
	cout << "****************demo5使用comm with future-promise*************" << endl;
	
	std::promise<int> promise;
	std::future<int> future = promise.get_future();
	std::thread thread_future_promise = std::thread(thread_entry_with_future_promise, &future);
	
	promise.set_value(int(2));

	thread_future_promise.join();

	cout << "****************demo6使用comm with future-packaged_task*************" << endl;

	std::packaged_task<int(int, int)> task(add);
	std::future<int> future1 = task.get_future();
	std::thread thread_future_packaged_task = std::thread(thread_entry_with_future_packaged_task, &future1);
	
	Sleep(3000);//3s
	std::thread thread_task(std::move(task), 2, 5);


	thread_task.join();
	thread_future_packaged_task.join();

	cout << "****************demo7使用comm with async*************" << endl;
	auto f = std::async(std::launch::async, add, 3, 3);
	cout << "async f.get = " << f.get() << endl;

	return 0;
}

（二）线程间通信的三种方式：共享内存、管道通信（Linux）、future通信机制
1.共享内存
多线程会共享全局变量区，所以可以多个线程去option 这个临界区的XXX；
但是通常  共享内存会引发不安全的结果  ==》所以就有了一些保护机制：互斥锁mutex、条件变量cv、原子操作和线程局部存储等。

2.管道通信（Linux）
如：
int fd[2];
pipe(fd);  
将int fd[2]置为全局，fd[0]为读端口 另一个为写端口。

就可以：一个线程向fd[1] write，一个线程向fd[0] read。
 
Note：与进程间通信的不同，进程间通信时，子进程会copy父进程的fd，故两端要各关闭一个读写。

3.future通信机制
头文件<future>

std::future 可以和 std::promise配对，形成信道传输data或异常。
std::future 可以和 std::packaged_task  配对，形成信道传输data或异常。

基于生产者和消费者模型：
(1)std::future 可以和 std::promise配对
std::future 是消费者，使用来自生产者的数据；
std::promise是生产者，产生数据，并给予消费者。

这样用：
#include <future>

std::promise<int> promise;
std::future future = promise.get_future();//match

int x = 2;
std::promise.set_value(x);//将x的值送入信道发送出去——1
int y = std::future.get();//信道阻塞接收数据————-2

在多线程中使用：
把上面的—-1  ——2在不同线程中使用就ok。

Note：
（1）future通信机制的根本是依赖：配对的两端共享状态：—-1将状态设置为ready，—-2就可以读了，否则—-2陷入阻塞。
（2）若promise在被销毁前都为set_value，那么promise被销毁后，future将引发异常：
    try{

        cout << future.get(); << endl;    
    }
    catch(std::future_error &e){

        cerr << e.code << e.what() << endl;
    }
（3）promise既可以发送有用的数据:promise.set_value(x)，也可以发送一个异常：promise.set_execption(e)
// 自定义异常需要使用make_exception_ptr转换一下
    promise.set_exception(   std::make_exception_ptr(   std::logic_error(“caught”)    )    );

（4）std::promise<void>;用于通知配对的future.get()接触阻塞。此时，promise.set_value()不接受任何参数；
（5）在线程退出时future.get()才得到promise发送的info：
    std::promise.set_value_at_thread_exit(x);
    std::promise.set_excption_at_thread_exit(e);
（6）promise.set_value();发送一次后，状态变为ready，在ready状态下不能再次set_value；
（7）get_future仅能调用一次，多次调用会触发std::future_error异常。

(2)std::future 可以和 std::packaged_task  配对
std::future 是消费者，使用来自生产者的数据；
std::paclaged_task是生产者，产生数据，并给予消费者。

这样用：
#include <future>

int func(int a, char c){ /*opt*/ return 0;}

std::packaged_task< int(int, char) > task(func);//
std::future<int> future = task.get_future();  //match

int x = 2; char c = ‘a’;
std::thread th(std:move(func), x, c);

/*
task.reset();
std::future<int> future = task.get_future();  //match again
std::thread th(std:move(func), x, c);
*/

Note:
（1）原理仍然是：状态共享；
（2）romise.set_value();设置后状态为ready就不能再次往信道中传输数据了，但是std::packaged_task可以多次传输，因为其内有个reset成员函数。
（3）task.valid();可以判断task当前是否可用：
    if( task.valid() )    return ture;
    else            return false;
（4）std::make_ready_at_thread_exit();设置在线程退出时让future.get()接受数据;
（5）std::packaged_task设计是目的是让future.get() 异步得到task对象函数的返回值。

（3）std::async <类似于std::packaged_task>
std::async的出现大大减轻了异步的工作量。使得一个异步调用可以像执行普通函数一样简单。

int func(int a, char c){ /*opt*/ return 0;}
int x = 2; char c = ‘a’;
auto f = std::async(/*策略*/std::lunch::async, func, x, c);
int y = f.get();

不同的策略会让func有不同的执行策略：
enum class launch {

    // 保证异步行为，F将在单独的线程中执行
    async = 1,
    // 当其它线程调用std::future::get时，
    // 将调用非异步形式, 即F在get函数内执行
    deferred = 2,
    // F的执行时机由std::async来决定
    any = async | deferred
};