C++ 通过同步延长线程的生命周期（C+；+；11）

我有一个程序，它有一个以指针为arg的函数和一个main。main正在创建n线程，每个线程根据传递的

arg

在不同的内存区域上运行函数。然后连接线程，main在区域之间执行一些数据混合，并创建n新线程，这些线程执行与旧线程相同的操作

为了改进程序，我想让线程保持活动状态，消除创建线程所需的长时间。线程应该在主线程工作时休眠，并在必须再次启动时通知线程。在线程工作时，main应该以与join相同的方式等待

我不能以一个强有力的实施而告终，总是陷入僵局

简单的基线代码，任何关于如何修改它的提示都将不胜感激

#include <thread>
#include <climits>

...

void myfunc(void * p) {
  do_something(p);
}

int main(){
  void * myp[n_threads] {a_location, another_location,...};
  std::thread mythread[n_threads];
  for (unsigned long int j=0; j < ULONG_MAX; j++) {
    for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
      mythread[i] = std::thread(myfunc, myp[i]);
    }
    for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
      mythread[i].join();
    }
    mix_data(myp); 
  }
  return 0;
}

#包括
#包括
...
void myfunc（void*p）{
做某事（p）；
}
int main（）{
void*myp[n_线程]{a_位置，另一个_位置，…}；
线程神话读取[n_线程]；
for（无符号长整数j=0；j

您想要的概念是线程池。这涉及现有的实现

其思想是为多个线程实例提供一个容器。每个实例都与一个函数相关联，该函数轮询一个任务队列，当一个任务可用时，将其提取并运行。一旦任务结束（如果它终止，但这是另一个问题），线程将直接循环到任务队列

因此，您需要一个同步队列、一个实现队列上循环的线程类、一个用于任务对象的接口，以及一个驱动整个过程的类（pool类）

或者，您可以为它必须执行的任务创建一个非常专用的线程类（例如，仅将内存区域作为参数）。这需要线程的通知机制来指示它们是在当前迭代中完成的

线程主函数将是特定任务上的一个循环，在一次迭代结束时，线程发出结束信号，并等待条件变量启动下一个循环。本质上，您将在线程中内联任务代码，完全不需要队列

 using namespace std;

 // semaphore class based on C++11 features
 class semaphore {
     private:
         mutex mMutex;
         condition_variable v;
         int mV;
     public:
         semaphore(int v): mV(v){}
         void signal(int count=1){
             unique_lock lock(mMutex);
             mV+=count;
             if (mV > 0) mCond.notify_all();
         }
         void wait(int count = 1){
             unique_lock lock(mMutex);
             mV-= count;
             while (mV < 0)
                 mCond.wait(lock);
         }
 };

template <typename Task>
class TaskThread {
     thread mThread;
     Task *mTask;
     semaphore *mSemStarting, *mSemFinished;
     volatile bool mRunning;
    public:
    TaskThread(Task *task, semaphore *start, semaphore *finish): 
         mTask(task), mRunning(true), 
         mSemStart(start), mSemFinished(finish),
        mThread(&TaskThread<Task>::psrun){}
    ~TaskThread(){ mThread.join(); }

    void run(){
        do {
             (*mTask)();
             mSemFinished->signal();
             mSemStart->wait();
        } while (mRunning);
    }

   void finish() { // end the thread after the current loop
         mRunning = false;
   }
private:
    static void psrun(TaskThread<Task> *self){ self->run();}
 };

 classcMyTask {
     public:
     MyTask(){}
    void operator()(){
        // some code here
     }
 };

int main(){
    MyTask task1;
    MyTask task2;
    semaphore start(2), finished(0);
    TaskThread<MyTask> t1(&task1, &start, &finished);
    TaskThread<MyTask> t2(&task2, &start, &finished);
    for (int i = 0; i < 10; i++){
         finished.wait(2);
         start.signal(2);
    }
    t1.finish();
    t2.finish();
}

使用名称空间std；
//基于C++11特性的信号量类
类信号量{
私人：
互斥体mMutex；
条件变量v；
int-mV；
公众：
信号量（intv）：mV（v）{}
无效信号（整数计数=1）{
独特的锁（mMutex）；
mV+=计数；
如果（mV>0）mCond.notify_all（）；
}
无效等待（整数计数=1）{
独特的锁（mMutex）；
mV-=计数；
而（mV<0）
等待（锁定）；
}
};
模板
类任务线程{
线程mThread；
任务*mTask；
信号量*mSemStarting，*mSemFinished；
波动性布尔运算；
公众：
TaskThread（任务*任务，信号量*开始，信号量*完成）：
mTask（任务），MRUNING（正确），
mSemStart（开始），mSemFinished（完成），
mThread（&TaskThread:：psrun）{}
~taskshread（）{mThread.join（）；}
无效运行（）{
做{
（*mTask）（）；
mSemFinished->signal（）；
mSemStart->wait（）；
}同时（运行）；
}
void finish（）{//结束当前循环后的线程
mRunning=假；
}
私人：
静态void psrun（TaskThread*self）{self->run（）；}
};
类任务{
公众：
MyTask（）{}
void运算符（）（）{
//这里有一些代码
}
};
int main（）{
我的任务1；
我的任务2；
信号量开始（2），结束（0）；
任务线程t1（&task1，&start，&finished）；
任务线程t2（&task2，&start，&finished）；
对于（int i=0；i<10；i++）{
完成。等待（2）；
启动信号（2）；
}
t1.完成（）；
t2.完成（）；
}

上面建议的（粗略的）实现依赖于

任务

类型，该类型必须提供

操作符（）

（即类似于函子的类）。我之前说过可以将任务代码直接合并到线程函数体中，但因为我不知道，所以我尽量将其抽象化。有一个条件变量用于线程的开始，一个用于线程的结束，都封装在信号量实例中

看到另一个答案建议使用

boost:：barrier

，我只能支持这个想法：如果可能的话，确保用该类替换我的信号量类，原因是，对于相同的功能集，最好依赖经过良好测试和维护的外部代码，而不是自行实现的解决方案

总而言之，这两种方法都是有效的，但前者放弃了一点点性能，转而支持灵活性。如果要执行的任务需要足够长的时间，则管理和队列同步成本可以忽略不计

---

更新：代码已修复并测试。用信号量代替简单的条件变量。

使用屏障（只是条件变量和计数器上的方便包装器）可以轻松实现。它基本上会阻塞，直到所有N个线程都达到“屏障”。然后它再次“回收”。Boost提供了一个实现

void myfunc(void * p, boost::barrier& start_barrier, boost::barrier& end_barrier) {
  while (!stop_condition) // You'll need to tell them to stop somehow
  {
      start_barrier.wait ();
      do_something(p);
      end_barrier.wait ();
  }
}

int main(){
  void * myp[n_threads] {a_location, another_location,...};

  boost::barrier start_barrier (n_threads + 1); // child threads + main thread
  boost::barrier end_barrier (n_threads + 1); // child threads + main thread

  std::thread mythread[n_threads];

    for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
      mythread[i] = std::thread(myfunc, myp[i], start_barrier, end_barrier);
    }

  start_barrier.wait (); // first unblock the threads

  for (unsigned long int j=0; j < ULONG_MAX; j++) {
    end_barrier.wait (); // mix_data must not execute before the threads are done
    mix_data(myp); 
    start_barrier.wait (); // threads must not start new iteration before mix_data is done
  }
  return 0;
}

void myfunc（void*p，boost:：barrier&start\u barrier，boost:：barrier&end\u barrier）{
而（！stop_condition）//您需要告诉他们以某种方式停止
{
start_barrier.wait（）；
做某事（p）；
end_barrier.wait（）；
}
}
int main（）{
void*myp[n_线程]{a_位置，另一个_位置，…}；
boost:：barrier start_barrier（n_线程+1）；//子线程
#include <thread>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <future>
#include <queue>
#include <condition_variable>
#include <mutex>

// Convenience type definition
using job = std::packaged_task<void()>;

// Some data associated to each thread.
struct thread_data
{
    int id; // Could use thread::id, but this is filled before the thread is started
    std::thread t; // The thread object
    std::queue<job> jobs; // The job queue
    std::condition_variable cv; // The condition variable to wait for threads
    std::mutex m; // Mutex used for avoiding data races
    bool stop = false; // When set, this flag tells the thread that it should exit
};

// The thread function executed by each thread
void thread_func(thread_data* pData)
{
    std::unique_lock<std::mutex> l(pData->m, std::defer_lock);
    while (true)
    {
        l.lock();

        // Wait until the queue won't be empty or stop is signaled
        pData->cv.wait(l, [pData] () {
            return (pData->stop || !pData->jobs.empty()); 
            });

        // Stop was signaled, let's exit the thread
        if (pData->stop) { return; }

        // Pop one task from the queue...
        job j = std::move(pData->jobs.front());
        pData->jobs.pop();

        l.unlock();

        // Execute the task!
        j();
    }
}

// Function that creates a simple task
job create_task(int id, int jobNumber)
{
    job j([id, jobNumber] ()
    {
        std::stringstream s;
        s << "Hello " << id << "." << jobNumber << std::endl;
        std::cout << s.str();
    });

    return j;
}

int main()
{
    const int numThreads = 4;
    const int numJobsPerThread = 10;
    std::vector<std::future<void>> futures;

    // Create all the threads (will be waiting for jobs)
    thread_data threads[numThreads];
    int tdi = 0;
    for (auto& td : threads)
    {
        td.id = tdi++;
        td.t = std::thread(thread_func, &td);
    }

    //=================================================
    // Start assigning jobs to each thread...

    for (auto& td : threads)
    {
        for (int i = 0; i < numJobsPerThread; i++)
        {
            job j = create_task(td.id, i);
            futures.push_back(j.get_future());

            std::unique_lock<std::mutex> l(td.m);
            td.jobs.push(std::move(j));
        }

        // Notify the thread that there is work do to...
        td.cv.notify_one();
    }

    // Wait for all the tasks to be completed...
    for (auto& f : futures) { f.wait(); }
    futures.clear();


    //=================================================
    // Here the main thread does something...

    std::cin.get();

    // ...done!
    //=================================================


    //=================================================
    // Posts some new tasks...

    for (auto& td : threads)
    {
        for (int i = 0; i < numJobsPerThread; i++)
        {
            job j = create_task(td.id, i);
            futures.push_back(j.get_future());

            std::unique_lock<std::mutex> l(td.m);
            td.jobs.push(std::move(j));
        }

        // Notify the thread that there is work do to...
        td.cv.notify_one();
    }

    // Wait for all the tasks to be completed...
    for (auto& f : futures) { f.wait(); }
    futures.clear();

    // Send stop signal to all threads and join them...
    for (auto& td : threads)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> l(td.m);
        td.stop = true;
        td.cv.notify_one();
    }

    // Join all the threads
    for (auto& td : threads) { td.t.join(); }
}

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <chrono>
#include <complex>
#include <random>

const unsigned int n_threads=4; //varying this will not (almost) change the total amount of work
const unsigned int task_length=30000/n_threads;
const float task_length_variation=task_length/n_threads;
unsigned int rep=1000; //repetitions of tasks

class t_chronometer{
 private: 
  std::chrono::steady_clock::time_point _t;

 public:
  t_chronometer(): _t(std::chrono::steady_clock::now()) {;}
  void reset() {_t = std::chrono::steady_clock::now();}
  double get_now() {return std::chrono::duration_cast<std::chrono::duration<double>>(std::chrono::steady_clock::now() - _t).count();}
  double get_now_ms() {return 
      std::chrono::duration_cast<std::chrono::duration<double,std::milli>>(std::chrono::steady_clock::now() - _t).count();}
};

class t_barrier {
 private:
   std::mutex m_mutex;
   std::condition_variable m_cond;
   unsigned int m_threshold;
   unsigned int m_count;
   unsigned int m_generation;

 public:
   t_barrier(unsigned int count):
    m_threshold(count),
    m_count(count),
    m_generation(0) {
   }

   bool wait() {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
      unsigned int gen = m_generation;

      if (--m_count == 0)
      {
          m_generation++;
          m_count = m_threshold;
          m_cond.notify_all();
          return true;
      }

      while (gen == m_generation)
          m_cond.wait(lock);
      return false;
   }
};


using namespace std;

void do_something(complex<double> * c, unsigned int max) {
  complex<double> a(1.,0.);
  complex<double> b(1.,0.);
  for (unsigned int i = 0; i<max; i++) {
    a *= polar(1.,2.*M_PI*i/max);
    b *= polar(1.,4.*M_PI*i/max);
    *(c)+=a+b;
  }
}

bool done=false;
void task(complex<double> * c, unsigned int max, t_barrier* start_barrier, t_barrier* end_barrier) {
  while (!done) {
    start_barrier->wait ();
    do_something(c,max);
    end_barrier->wait ();
  }
  cout << "task finished" << endl;
}

int main() {
  t_chronometer t;

  std::default_random_engine gen;
  std::normal_distribution<double> dis(.0,1000.0);

  complex<double> cpx[n_threads];
  for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
    cpx[i] = complex<double>(dis(gen), dis(gen));
  }

  t_barrier start_barrier (n_threads + 1); // child threads + main thread
  t_barrier end_barrier (n_threads + 1); // child threads + main thread

  std::thread mythread[n_threads];
  unsigned long int sum=0;
  for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
    unsigned int max = task_length +  i * task_length_variation;
    cout << i+1 << "th task length: " << max << endl;
    mythread[i] = std::thread(task, &cpx[i], max, &start_barrier, &end_barrier);
    sum+=max;
  }
  cout << "total task length " << sum << endl;

  complex<double> c(0,0);
  for (unsigned long int j=1; j < rep+1; j++) {
    start_barrier.wait (); //give to the threads the missing call to start
    if (j==rep) done=true;
    end_barrier.wait (); //wait for the call from each tread
    if (j%100==0) cout << "cycle: " << j << endl;
    for (unsigned int i=0; i<n_threads; i++) {
      c+=cpx[i];
    }
  }
  for (unsigned int i=0; i < n_threads; i++) {
    mythread[i].join();
  }
  cout << "result: " << c << " it took: " << t.get_now() << " s." << endl;
  return 0;
}