CppExplore

一切像雾像雨又像风

  C++博客 :: 首页 :: 新随笔 :: 联系 :: 聚合  :: 管理 ::
  29 随笔 :: 0 文章 :: 280 评论 :: 0 Trackbacks

作者:CppExplore 网址:http://www.cppblog.com/CppExplore/
废话不多说,详细介绍使用线程的优点好处请参考baidu、google。
一、线程使用场景。使用线程的方式大致有两种:
(1)流水线方式。根据业务特点,将一个流程的处理分割成多个线程,形成流水线的处理方式。产生的结果:延长单一流程的处理时间,提高系统整体的吞吐能力。
(2)线程池方式。针对处理时间比较长且没有内蕴状态的线程,使用线程池方式分流消息,加快对线程消息的处理,避免其成为系统瓶颈。
线程使用的关键是 线程消息队列、线程锁、智能指针 的 使用。其中以线程消息队列最为重要。

二、线程消息队列描述。所谓线程消息队列,就是一个普通的循环队列(其它数据结构也未尝不可,具体内容请参考数据结构课本)加上“多生产者-单(多)消费者的PV操作”(详细内容请参考操作系统课本)。流水线方式中的线程是单消费者,线程池方式中的线程是多消费者。
为了后文更好的描述问题,作如下说明:
(1)假定循环队列CircleQueue中,存放的消息指针类型是MyMSG *,入队操作EnQueue,出队操作DeQueue,判断队满IsQueueFull,判断队空IsQueueEmpty。
(2)生产者消费者:生产者线程生产消息(MyMSG *),放在一个空缓冲区(CircleQueue)中,供消费者线程消费,生产者生产消息(EnQueue),如果缓冲区满(IsQueueFull),则被阻塞,消费者消费消息(DeQueue),如果缓冲区空(IsQueueEmpty),则被阻塞。线程消息队列就是生产者消费者问题中的缓冲区,而它的生产者是不限定的,任何线程都可以作为生产者向其中进行EnQueue操作,消费线程则可能是一个,也可能是多个。因此对循环队列的任何操作都要加锁,以保证线程安全。
PV操作和锁机制的基础都是信号量。下面列出posix标准中给出的有关信号量的操作:

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t * sem);
int sem_trywait(sem_t * sem);
int sem_post(sem_t * sem);
int sem_getvalue(sem_t * sem, int * sval);
int sem_destroy(sem_t * sem);

各个函数的详细用法,请在linux/unix上查看man。
三、线程消息队列实现。基于以上讨论,下面给出线程消息队列的实现(仅为了说明问题,非标准可运行代码)。

class ThreadQueue
{
    CircleQueue 
* queue;
    
int nFull;
    
int nEmpty;
    sem_t lock;
    sem_t fullCond;
    sem_t emptyCond
}
;
void createThreadQueue()
{
    createCircleQueue(queue);
    nFull
=0;
    nEmpty
=0;
    sem_ini(
&lock,0,1);
    sem_init(
&fullCond,0,0);
    sem_init(
&emptyCond,0,0);
}

void putq(MyMSG * msg)
{
    sem_wait(
&lock);
    
if(IsQueueFull(queue))
    
{
        nFull
++;
        sem_post(
&lock);
        sem_wait(
&fullCond);
        sem_wait(
&lock);
        nFull
--;
    }

    EnQueue(queue,msg);
    
if(nEmpty>0)
    
{
        sem_post(
&emptyCond);
    }

    sem_post(
&lock);
}

void getq(MyMSG * msg)
{
    sem_wait(
&lock);
    
if(IsQueueEmpty(queue))
    
{
        nEmpty
++;
        sem_post(
&lock);
        sem_wait(
&emptyCond);
        sem_wait(
&lock);
        nEmpty
--;
    }

    DeQueue(msg);
    
if(nFull>0)
    
{
        sem_post(
&fullCond);
    }

    sem_post(
&lock);
}

void destroyThreadQueue()
{
    destroyCircleQueue(queue);
    sem_destroy(
&lock);
    sem_destroy(
&fullCond);
    sem_destroy(
&emptyCond);
}


四、线程消息队列使用说明。
将线程和线程消息队列封装在一起,形成带有消息队列的线程,其它线程向该线程的消息队列插入消息,本线程取消息处理,之后再向其它线程的消息队列插入消息,如此形成流水线运行方式。线程的创建可以使用posix的pthread_create函数,或者boost的boost::thread。具体使用请查看相关文档。另ACE中的ACE_Task实现了带有消息队列的线程,可以直接使用。
五、线程锁描述。线程锁,应该都很熟悉,通常的实现以mutex面目示人。假设实现后的操作有:加锁lock,解锁unlock。
所谓线程锁就是同一时间只能有一个线程拥有的锁。当一个线程通过lock获得线程锁以后,在该线程持有该锁的期间,其它进行获取锁操作的线程只能阻塞在lock操作处,但该线程可以继续对锁进行lock操作而不阻塞。
六、线程锁实现

class mutex
{
    sem_t lock;
    sem_t used;
    
int nInOwner;
    pthread_t owner;
}
;
mutex()
{
    sem_init(
&lock,0,1);
    sem_init(
&used,0,0);
    owner
=NULL;
    nInOwner
=0;
}

void lock()
{
    pthread_t curThread
=pthread_self();
    sem_wait(
&lock);
    
if(pthread_equal(owner,NULL))
    
{
        owner
=curThread;
    }

    
else if(pthread_equal(curThread,owner)==0)
    
{
        sem_post(
&lock);
        sem_wait(
&used);
        sem_wait(
&lock);
        owner
=curThread;
    }

    
    nInOwner
++;
    sem_post(
&lock);
}

void unlock()
{
    sem_wait(
&lock);
    
if(--nInOwner==0)
    
{
        owner
=NULL;
        nInOwner
=0;
        sem_post(
&used);
    }

    sem_post(
&lock);
}

~mutex()
{
    sem_destroy(
&lock);
    sem_destroy(
&used);
}


七、线程锁使用说明。系统设计中应该尽量减少锁的使用。但有的时候无法避免,这时就是mutex登场的时候了。mutex的实现,linux下有pthread_mutex_t,ACE里有ACE_Thread_Mutex,boost里有boost::mutex。为了高效的操作可以进一步实现出其它不同的锁机制,比如常见的读写锁,条件锁,不再多说,有兴趣可以自己去实现,详细可以参考操作系统课本。另linux/ACE/boost中均有实现。
lock和unlock要成对使用,但是很多情况下,一个函数有很多出口,再加上异常的情况,需要针对一个lock写很多unlock,这样不仅容易遗漏unlock,而且代码也变得很丑陋。ACE中提供了Guard封装mutex,使用起来比较方便,使用的时候不需要关心锁的释放,具体请看ACE。
也可以自己实现这种类Guard的功能。代码如下:

class Guard
{
    mutex  
*m_mutex;
}
;
Guard(mutex  
*lock):m_mutex(lock)
{
    m_mutex
->lock();
}

~Guard()
{
    m_mutex
->unlock();
}

使用的时候只需要在函数开始处写std::auto_ptr<Guard> guard(new Guard(lock)) ;这属于智能指针使用的一个小技巧。
八、使用智能指针的需求。在线程池方式中,为了去掉内蕴状态,线程间不得不传递对象指针,这样很难判断指针的生命周期,难以找到释放内存空间的合适位置。智能指针完美解决了这个问题。boost中有boost::shared_ptr,ACE中有ACE_Refcounted_Auto_Ptr。本遍主要讲述线程相关,智能指针不再展开。
九、线程间消息传递框架。
(1)面向过程的消息传递。c语言常用方式。消息以结构体的形式定义。

enum MsgType 
{
    CONCRETE_MSG1
=1,
    CONCRETE_MSG2
=2
}
;
struct MyMsg
{
    MsgType type;
    union union_st
    
{
        concreteMsg1 
*msg1;
        concreteMsg2 
*msg2;
    }
msg;
}
;
concreteMsg1 和concreteMsg2 的详细结构不再列出。消息发送线程构建正确的具体消息,指明正确的消息类型,进一步构建正确的MyMsg,发送到线程消息队列。消息处理线程在消息队列头端循环getq,取出消息,根据消息类型调用相应的方法处理。
(2)面向对象的消息传递。线程消息队列中存储command模式中ICommand类型的指针。消息发送线程实例化具体的command,消息处理线程取出command执行command的execute方法。
缺点是:command比较多的时候,会生成大量的类文件,代码不够紧凑。
优点则是可以方便的增加command而不需要过多改动已有代码。
posted on 2008-01-15 10:55 cppexplore 阅读(6848) 评论(8)  编辑 收藏 引用

评论

# re: 【原创】系统设计之 线程漫谈 2008-01-18 01:33 golden
thanks!

a perfect article about thread and develepent



  回复  更多评论
  

# re: 【原创】系统设计之 线程漫谈 2008-03-05 12:36 陈子文
不好意思,转载忘了标注  回复  更多评论
  

# re: 【原创】系统设计之 线程漫谈[未登录] 2008-03-05 12:55 cppexplore
@陈子文
:)
转载请著名下 多多交流!  回复  更多评论
  

# re: 【原创】技术系列之 线程(一) 2008-10-23 15:32 cui
你这个好像有点儿矛盾啊..

在你的 线程(一)中说信号量是比较重量级的互斥体. 为什么这里又用信号量来实现互斥锁以提高性能呢?  回复  更多评论
  

# re: 【原创】技术系列之 线程(一) 2008-10-23 15:39 cppexplore
@cui
呵呵,那是线程(二)中说的。
开始写文章有不少错误的认识,后来对问题的看法再不停的调整,但旧有的文章中有的错误说法一直没有更正。这篇文章里的信号量就是一例。  回复  更多评论
  

# re: 【原创】技术系列之 线程(一) 2008-10-23 16:28 cui
@cppexplore


^_^  回复  更多评论
  

# re: 【原创】技术系列之 线程(一) 2008-12-26 14:28 ssharry
这里恐怕有问题,如果队列为空,多个消息同时进入,会导致信号量被释放多次。


nEmpty--

应放入put中。
void putq(MyMSG * msg)
{
sem_wait(&lock);
if(IsQueueFull(queue))
{
nFull++;
sem_post(&lock);
sem_wait(&fullCond);
sem_wait(&lock);
nFull--;
}
EnQueue(queue,msg);
if(nEmpty>0)
{
sem_post(&emptyCond);
}
sem_post(&lock);
}
void getq(MyMSG * msg)
{
sem_wait(&lock);
if(IsQueueEmpty(queue))
{
nEmpty++;
sem_post(&lock);
sem_wait(&emptyCond);
sem_wait(&lock);
nEmpty--;
}
DeQueue(msg);
if(nFull>0)
{
sem_post(&fullCond);
}
sem_post(&lock);
}  回复  更多评论
  

# re: 【原创】技术系列之 线程(一)[未登录] 2008-12-26 18:44 cppexplore
@ssharry
可能是吧。这篇文章里东西都没实用的价值,就是理论上想象一下而已,呵呵。http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/03/20/44949.html这个里面的才是实际可用的。  回复  更多评论
  


只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理