C++中的多线程编程原理与实现

# 1. 多线程简介

在本章中，我们将介绍多线程的基本概念，包括什么是多线程、多线程的优势和应用场景，以及多线程与单线程的对比。让我们一起深入了解多线程编程的基础知识。

# 2. C++多线程基础

在C++中，多线程编程是一项非常重要的技能。本章将介绍C++多线程的基础知识，包括线程创建与销毁、线程同步与互斥、线程通信与消息队列等内容。

#### 2.1 线程创建与销毁

在C++中，可以使用`std::thread`类来创建线程。下面是一个简单的例子，演示如何创建一个新的线程并执行指定的函数：

#include <iostream>
#include <thread>

void threadFunction()
{
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread myThread(threadFunction);
    // 等待线程执行完毕
    myThread.join();

    std::cout << "Hello from main thread!" << std::endl;

    return 0;
}

在上面的示例中，`threadFunction`函数会在新创建的线程中执行。通过`myThread.join()`函数，main线程会等待新线程执行完毕后再继续执行。

#### 2.2 线程同步与互斥

在多线程编程中，不同线程之间访问共享资源时可能会引发竞态条件。为了避免这种情况，我们可以使用互斥量（mutex）来保护共享资源。下面是一个简单的例子：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;
int sharedData = 0;

void updateSharedData()
{
    mtx.lock();
    sharedData++;
    mtx.unlock();
}

int main()
{
    std::thread t1(updateSharedData);
    std::thread t2(updateSharedData);
    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Shared data: " << sharedData << std::endl;

    return 0;
}

在上面的示例中，两个线程同时访问`sharedData`变量，通过`std::mutex`保证了访问的互斥性，避免了数据竞争问题。

#### 2.3 线程通信与消息队列

在多线程应用中，线程之间通信是非常重要的。一种常见的线程通信方式是使用消息队列。下面是一个使用`std::queue`作为消息队列的例子：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::queue<int> messages;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

void producer()
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        messages.push(i);
        cv.notify_one();
    }
}

void consumer()
{
    while (true)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [] { return !messages.empty(); });
        int msg = messages.front();
        messages.pop();
        std::cout << "Consumed message: " << msg << std::endl;
    }
}

int main()
{
    std::thread producerThread(producer);
    std::thread consumerThread(consumer);
    producerThread.join();
    consumerTh