C++ 的可移植性和跨平台开发[6]:多线程

文章目录

★编译器
★如何权衡不同的库
★编程上的注意事项

最近一个多月写的帖子比较杂,导致本系列又好久没更新了。结果又有网友在评论中催我了,搞得我有点囧。今天赶紧把多线程篇补上。上次聊操作系统的时候,由于和 OS 有关的话题比较琐碎,杂七杂八说了一大堆。当时一看篇幅有点长,就把多进程和多线程的部分给留到后面了。

★编译器

◇关于 C 运行库选项

先来说一个很基本的问题:关于 C 运行库(后面简称 CRT:C Run-Time)的设置。本来不想聊这么低级的问题,但周围有好几个人都在这个地方吃过亏,所以还是讲一下。
大部分 C++ 编译器都会自带有 CRT(可能还不止一个)。某些编译器自带的 CRT 可能会根据线程的支持分为“单线程 CRT”和“多线程 CRT”两类。当你要进行多线程开发的时候,别忘了确保相关的 C++ 工程项目使用的是多线程的 CRT。否则会死得很难看。
尤其当你使用 Visual C++ 创建工程项目,更加要小心。如果新建的工程项目是【不含】MFC 的(包括 Console 工程和 Win32 工程),那工程的默认设置会是使用“单线程 CRT”,如下图所示:

Image for post

◇关于优化选项

“优化选项”是另一个很关键的编译器相关话题。有些编译器提供号称很牛X的优化选项,但是某些优化选项可能会有潜在的风险。编译器可能自作主张打乱执行指令的顺序,从而导致出乎意料的线程竞态问题(Race Condition,详细解释看“这里”)。刘未鹏同学在“C++多线程内存模型”里举了几个典型的例子,大伙儿可以去瞧一瞧。
建议只使用编译器常规的速度优化选项即可。其它那些花哨的优化选项,增加的效果未必明显,但是潜在的风险不小。实在不值得冒险。
以 GCC 为例:建议用 -O2 选项即可(其实 -O2 是一堆选项的集合),没必要冒险用 -O3(除非你有很充足的理由)。除了 -O2-O3 之外,GCC 还有一大坨(估计有上百个)其它的优化选项。如果你企图用当中的某个选项,一定要先把它的特性、可能的副作用都摸清楚,否则将来死都不知道怎么死的。

◇线程库的选择

由于当前的 C++ 03 标准几乎没有涉及线程相关的内容(即使将来 C++ 0x 包含了线程的标准库,编译器厂商的支持在短期内也未必全面),所以在未来很长的一段时间,跨平台的多线程支持还是要依赖第三方库。所以线程库的选择是大大滴重要。下面大致介绍一下几个知名的跨平台线程库。

ACE
先说一下 ACE 这个历史悠久的库。如果你之前从未接触过它,先看“这里”扫盲。从 ACE 的全称(Adaptive Communication Environment)来看,它应该是以“通讯”为主业。不过 ACE 对“多线程”这个副业的支持还是非常全面的,比如互斥锁(ACE_Mutex)、条件变量(ACE_Condition)、信号量(ACE_Semaphore)、栅栏(ACE_Barrier)、原子操作(ACE_Atomic_Op)等等。对某些类型比如 ACE_Mutex 还细分为线程读写锁(ACE_RW_Thread_Mutex)、线程递归锁(ACE_Recursive_Thread_Mutex)等等。
除了支持很全面,ACE 还有另一个很明显的优点,就是对各种操作系统平台及其自带的编译器支持很好。包括一些老式的编译器(比如VC6),它也能够支持(此处所说的支持,不光是能编译通过,而且要能稳定运行)。这个优点对于跨平台开发那是相当相当滴明显。
那缺点捏?由于 ACE 开工的年头很早(大概是上世纪九十年代中期),那会儿很多 C++ 的老特性都还没出来(更别提新特性了),所以感觉 ACE 整个的风格比较老气,远不如 boost 那么时髦前卫。

boost::thread
boost::thread 正好和 ACE 形成鲜明对照。这玩意貌似从 boost 1.32 版本开始引入,年头比 ACE 短。不过得益于 boost 里一帮大牛的支持,发展还是蛮快的。截止写本文时的 boost 1.38 版本,已经能够支持许多特性了(不过似乎没 ACE 多)。鉴于很多 C++ 标准委员会的成员云集在 boost 社区中,随着时间的推移,boost::thread 终将成为 C++ 线程的明日之星,前途无量啊!
boost::thread 的缺点就是支持的编译器不够多,尤其是一些【老式】编译器(很多 boost 的子库都有此问题,多半因为用了一些高级的模板语法)。这对于跨平台而言一个比较明显的问题。

wxWidgetsQT
wxWidgets 和 QT 都是 GUI 界面库,但是它们也都内置和对线程的支持。wxWidgets 线程的简介可以看“这里”,关于 QT 线程的简介可以看“这里”。这两个库对线程的支持差不多,都提供了诸如 mutex、condition、semaphore 等常用的机制。不过特性没有 ACE 丰富。

★如何权衡不同的库

对于开发 GUI 软件并已经用上了 wxWidgets 或者 QT,那你可以直接用它们内置的线程库(前提是你只用到基本的线程功能)。由于它们内置的线程库,特性稍嫌单薄。万一你需要某高级的线程功能,那得考虑替换成 boost::thread 或 ACE。
至于 boost::thread 和 ACE 的取舍,主要得看软件的需求了。如果你要支持的平台挺多挺杂,那建议选用 ACE,以免碰上编译器不支持的问题。如果你只需要支持少数几个主流的平台(比如 Windows、Linux、Mac),那建议用 boost::thread。毕竟主流操作系统上的编译器,对 boost 的支持还是蛮好的。

★编程上的注意事项

其实多线程开发,需要注意的地方挺多的,我只能大致列几个印象比较深的注意事项。

◇关于 volatile

说到多线程编程可能碰到的陷阱,那就不得不提到 volatile 关键字。如果你对它还不甚了解,先看“这里”扫盲一下。
由于 C++ 98 和 C++ 03 标准都【没有】定义多线程的内存模型,而且这俩标准中也就只有 volatile 和线程沾点儿边。结果导致 C++ 社区中有相当多的口水都集中在 volatile 身上(其中包括不少 C++ 大牛的口水)。有鉴于此,我这里就不再多啰嗦了。推荐几个大牛的文章:
Andrei Alexandrescu的文章(“这里”)
Hans Boehm 的文章(“这里”和“这里”)
大伙儿自个儿去拜读一下。

◇关于原子操作

有些同学光知道多个线程的竞争写需要加锁,却不知道多个读单个写也需要保护。比如有某个整数 int nCount = 0x01020304;在并发状态下,一个写线程去修改它的值 nCount = 0x05060708;另一个读线程去获取该值。那么读线程有没有可能读取到一个“坏”的(比方说 0x05060304)数据捏?
数据是否坏掉,取决于对 nCount 的读和写是否属于原子操作。而这就依赖于很多硬件相关的因素了(包括 CPU 的类型、CPU 的字长、内存对齐的字节数等)。在某些情况下,确实可能出现数据坏掉。
由于我们讨论的是跨平台的开发,天晓得将来你的代码会在啥样的硬件环境下执行。所以在处理类似问题的时候,还是要用第三方库提供的原子操作类/函数(比如 ACE 的 Atomic_Op)来确保安全。

◇关于对象的析构

在之前的系列帖子《C++ 对象是怎么死的?》里面,已经分别介绍了 Win32 平台和 Posix 平台下线程的【非】自然死亡问题。由于上述几个跨平台的线程库底层还是要调用操作系统自带的线程 API,所以大伙儿还是要尽最大努力确保【所有】线程都能够【自然死亡】。

今天的话题就聊到这里,下一次聊多进程的话题。

回到本系列的目录

版权声明
本博客所有的原创文章,作者皆保留版权。转载必须包含本声明,保持本文完整,并以超链接形式注明作者编程随想和本文原始地址:
https://program-think.blogspot.com/2009/04/cxx-cross-platform-develop-6-thread.html

Written by

编程随想的blogspot镜像,欢迎关注!编程随想:IT宅,热衷于:抹黑党国、揭露洗脑、普及翻墙。 偶尔会谈点技术。

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store