# 启动和停止线程

C++11中添加了`std::thread`类，并能使用简洁的方式能够对线程进行启动或停止，线程相关的东西都包含在STL中，并不需要额外的库或是操作系统的实现来对其进行支持。

本节中，我们将实现一个程序对线程进行启动和停止。如果是第一次使用线程的话，就需要了解一些细节。

## How to do it...

我们将会使用多线程进行编程，并且会了解到，当程序的某些部分使用多线程时，代码会如何进行操作：

1. 包含必要的头文件，并声明所使用的命名空间：

   ```cpp
   #include <iostream>
   #include <thread>

   using namespace std;
   using namespace chrono_literals;
   ```
2. 启动一个线程时，我们需要告诉代码如何执行。所以，先来定义一个函数，这个函数会在线程中执行。这个函数可接受一个参数`i`，可以看作为线程的ID，这样就可以了解打印输出对应的是哪个线程。另外，我们使用线程ID来控制线程休眠的时间，避免多个线程在同时执行`cout`。如果出现了同时打印的情况，那就会影响到输出。本章的另一个章节会来详述这个问题：

   ```cpp
   static void thread_with_param(int i)
   {
       this_thread::sleep_for(1ms * i);

       cout << "Hello from thread " << i << '\n';

       this_thread::sleep_for(1s * i);

       cout << "Bye from thread " << i << '\n';
   }
   ```
3. 主函数中，会先了解在所使用的系统中能够同时运行多少个线程，使用`std::thread::hardware_concurrency`进行确定。这个数值通常依赖于机器上有多少个核，或是STL实现中支持多少个核。这也就意味着，对于不同机器，这个函数会返回不同的值：

   ```cpp
   int main()
   {
       cout << thread::hardware_concurrency()
           << " concurrent threads are supported.\n";
   ```
4. 现在让我们来启动线程，每个线程的ID是不一样的，这里我们启动三个线程。我们使用实例化线程的代码行为`thread t {f, x}`，这就等于在新线程中调用`f(x)`。这样，在不同的线程中就可以给于`thread_with_param`函数不同的参数：

   ```cpp
       thread t1 {thread_with_param, 1};
       thread t2 {thread_with_param, 2};
       thread t3 {thread_with_param, 3};
   ```
5. 当启动线程后，我们就需要在其完成其工作后将线程进行终止，使用`join`函数来停止线程。调用`join`将会阻塞调用线程，直至对应的线程终止为止：

   ```cpp
       t1.join();
       t2.join();
   ```
6. 另一种方式终止的方式是分离。如果不以`join`或`detach`的方式进行终止，那么程序只有在`thread`对象析构时才会终止。通过调用`detech`，我们将告诉3号线程，即使主线程终止了，你也可以继续运行：

   ```cpp
       t3.detach();
   ```
7. 主函数结束前将打印一段信息：

   ```cpp
       cout << "Threads joined.\n";
   }
   ```
8. 编译并运行程序，就会得到如下的输出。我们可以看到我们的机器上有8个CPU核。然后，我们可以看到每个线程中打印出的*hello*讯息，但是在主线程最后，我们只对两个线程使用`join`。第3个线程等待了3秒，但是再主线程结束的时候，其只完成了2秒的等待。这样，我们就没有办法看到线程3的结束信息，因为主函数在结束之后，我们就没有任何机会将其进行杀死了：

   ```cpp
   $ ./threads
   8 concurrent threads are supported.
   Hello from thread 1
   Hello from thread 2
   Hello from thread 3
   Bye from thread 1
   Bye from thread 2
   Threads joined.
   ```

## How it works...

启动和停止线程其实没有什么困难的。多线程编程的难点在于，如何让线程在一起工作(共享资源、互相等待，等等)。

为了启动一个线程，我们首先定义一些执行函数。没有特定的规定，普通的函数就可以。我们来看一个简化的例子，启动线程并等待线程结束：

```cpp
void f(int i) { cout << i << '\n'; }

int main()
{
    thread t {f, 123};
    t.join();
}
```

`std::thread`的构造函数允许传入一个函数指针或一个可调用的对象，通过这个参数，我们就可以对函数进行调用。当然，我们也可以使用没有任何参数的函数。

如果系统中有多个CPU核，那么线程就可以并行或并发的运行。并行与并发之间有什么区别呢？当计算机只有一个CPU核时，也可以有很多线程并行，但就不可能是并发的了，因为在单核CPU上，每个时间片上只有一个线程在执行。线程在单核上交错着运行，当一个时间片结束后，会对下一个线程进行执行(不过对于使用者来说，看起来就像是同时在运行)。如果线程间可以不去分享一个CPU和，那么这些线程就是并发运行。其实**并发**才是真正的同时运行。

这样，以下几点是我们绝对无法控制的：

* 共享一个CPU核时，无法控制线程交替运行的顺序。
* 线程也是有优先级的，优先级会影响线程执行的顺序。
* 实际上线程是分布在所有CPU核上的，当然操作系统也可以将线程绑定在一个核上。这也就意味着所有的线程可以运行在单核上，也可以运行在具有100个CPU核的机器上。

大多数操作系统都会提供对多线程编程提供一些可能性，不过这些特性并没包含在STL中。

在启动和停止线程的时候，告诉他们要做什么样的工作，并且什么时候线程停止工作。对于大多数应用来说就够用了。本节中，我们启动的3个线程。之后，对其中两个进行了`join`，另一个进行`detach`。让我们使用一个简单的图来总结一下本节的代码：

![](/files/-LdvgY4p9y9NjRoiV2bZ)

这幅图的顺序是自顶向下，你会看到我们将整个程序分成了4个线程。一开始，启动了额外3个线程来完成一些事情，之后主线程仅等待其他线程的结束。

线程结束对函数的执行后，会从函数中返回。标准库会进行相关的操作，将线程从操作系统的中删除，或用其他方式销毁，所以这里就不用操心了。

我们需要关心的就是`join`。当对线程对象调用函数`x.join()`时，其会让调用线程休眠，直至`x`线程返回。如果线程处于一个无限循环中，就意味着程序无法终止。如果想要一个线程继续存活，并持续到自己结束的时候，那就可以调用`x.detach()`。之后，就不会在等这个线程了。不管我们怎么做——都必须`join`或`detach`线程。如果不想使用这两种方式，可以在线程对象的析构函数中调用`std::terminate()`，这个函数会让程序“突然死亡”。

主函数返回时，整个程序也就结束了。不过，第3个线程`t3`还在等待，并将对应的信息打印到终端。操作系统才不会在乎——会直接将我们的程序终止，并不管是否有线程还未结束。要怎么解决这个这个问题，就是开发者要考虑的事情了。


---

# Agent Instructions: Querying This Documentation

If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question.

Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://chenxiaowei.gitbook.io/c-17-stl-cook-book/chapter9-0-chinese/chapter9-3-chinese.md?ask=<question>
```

The question should be specific, self-contained, and written in natural language.
The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation.

Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.