Участник:Qwerty787788/плюсы3сем

multithreading

зачем это нужно

Ну вроде бы очевидно: увеличить скорость выполнения программы. Однако, стоит понимать, что иногда скорость может только уменьшится (в интернете есть куча примеров).

понятие race condition

Стандартный пример, как не нужно использовать multithreading. Пусть есть некоторые общие данные, а два потоки одновременно пытаются выполнить с ними какие-то операции. Например, есть переменная x = 0, два потока пытаются увеличить ее на 1. В итоге может получится как 1, так и 2 (так и вообще непонятно что, см. [1]). Вывод: нужно lock'ать данные перед тем, как их использовать.

atomic operations

В 11х плюсах, чтобы не получались "race condition" есть atomic operations библиотека. Например, можно писать такой код:

atomic<int> counter(0);

++counter // используется одновременно в нескольких потоках

Эта конструкция является thread-safe, т. е. не нужно делать lock на counter.

mutexes (mutex, recuirsive_mutex, shared_mutex)

mutex - объект, который используется для определения, делает ли с некоторым объектом что-то другой поток.

Пример использования. Пусть есть map и треды, которые одновременно в него что-то пишут. Тогда создадим mutex и будем его lock'ать перед тем как использовать map:

  std::map<std::string, std::string> some_map;
  std::mutex some_mutex;
  void write_to_map(std::string key, std::string value) {
    some_mutex.lock();
    some_map[key]=value;
    some_mutex.unlock();
  }

recursive_mutex позволяет треду lock'ать его несколько раз. Пример:

  void f1() {
     _mutex.lock();
     // some code
     _mutex.unlock();
  }
  
  void f2() {
     _mutex.lock();
     f1(); // deadlock here!
     _mutex.unlock();
  }

Если в данном коде использовать обычный mutex, то программа зависнет (получит deadlock), так как f1 не сможет взять lock и будет ждать. При использовании recursive_mutex все будет нормально (поскольку к объекту обращаются с одного и того же треда, f1 сможет взять lock). Снимать lock нужно столько же раз, сколько и брать, иначе другие потоки не смогут работать с данными.

shared_mutex - boost'овая хрень. Читать тут: [2].

condition_variable

Пусть есть тред t1, который что-то делает. Пусть другие треды должны ждать, пока t1 не закончит выполнение. Чтобы это сделать используются conditional_variable. Пример:

  std::condition_variable cond_var;
  std::mutex m;
  int sum;
  bool done = false;
  
  std::thread th1([&]() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
      sum++;
    }
    done = true;
    cond_var.notify_one();
  }); 
  
  std::thread th2([&]() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
    if (!done)
      cond_var.wait(m);
    std::cout << sum;
  }); 
  
  int main() {
    th1.join();
    th2.join();
  }

Важно, что второй тред уже взял lock на m. Т. е. cond_var.wait(m) делает следующие: отдает lock, ждет, когда кто-то сделает cond_var.notify_one() или cond_var.notify_all(), забирает lock обратно, продолжает работу программы. notify_all отличается от notify_one тем, что он будит сразу все треды, которые ждут, а не только один (случайный?).

понятие dead lock

Первый тред взял lock на A, второй на B. Первый хочет что-то сделать с B, второй с A. Оба ждут.

futures

Если тред бросает исключение, но не ловит его, скорее всего, вся программа упадет. Чтобы такого не случилось, можно использовать futures/promises. А вообще future используется для получение некоторого значения, которое должен вернуть тред. Пример:

  auto promise = std::promise<std::string>();
  
  auto producer = std::thread([&] {
    promise.set_value("Hello World");
  });
  
  auto future = promise.get_future();
  
  auto consumer = std::thread([&] {
    std::cout << future.get();
  });
  
  producer.join();
  consumer.join();

Из примера вроде понятно, что происходит. future_get() ждет, пока другой тред не вернет какое-нибудь значение. Если что-то случилось, то можно в promise положить ошибку:

  promise.set_exception(runtime_error(“message”));

и нормально ее обработать в другом треде.

TLS (thread local storage)

Если хочется иметь для каждого треда свои отдельные данные, то в 11х плюсах есть THL. Пример:

  thread_local int n;
  void f() {
    std::cout<< ++n << " ";
  }
  int main {
    std::thread t1(f);
    std::thread t2(f);
   
    t1.join();
    t2.join();
  }

Программа выведет "1 1 " в любом случае.