Многопоточная программа c что это

Содержание

C ++ — Многопоточность

Многопоточность — это специализированная форма многозадачности, и многозадачность — это функция, которая позволяет вашему компьютеру одновременно запускать две или несколько программ. В общем, существует два типа многозадачности: основанные на процессах и потоки.

Многозадачность на основе процессов управляет одновременным выполнением программ. Многозадачность на основе потоков связана с одновременным выполнением частей одной и той же программы.

Многопоточная программа содержит две или несколько частей, которые могут запускаться одновременно. Каждая часть такой программы называется потоком, и каждый поток определяет отдельный путь выполнения.

C ++ не содержит встроенной поддержки многопоточных приложений. Вместо этого он полностью полагается на операционную систему для обеспечения этой функции.

В этом руководстве предполагается, что вы работаете над ОС Linux, и мы собираемся писать многопоточную C ++-программу с помощью POSIX. POSIX Threads или Pthreads предоставляют API, которые доступны во многих Unix-подобных системах POSIX, таких как FreeBSD, NetBSD, GNU / Linux, Mac OS X и Solaris.

Урок 38. аномалии многопоточных программ.

Создание потоков

Следующая процедура используется для создания потока POSIX:

#include pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

Здесь pthread_create создает новый поток и делает его исполняемым. Эта процедура может вызываться любое количество раз из любого места вашего кода. Вот описание параметров:

thread	Непрозрачный уникальный идентификатор для нового потока, возвращаемого подпрограммой.
attr	Объект непрозрачного атрибута, который может использоваться для установки атрибутов потока. Вы можете указать объект атрибутов потока или NULL для значений по умолчанию.
start_routine	Подпрограмма C ++, которую поток выполнит после ее создания.
arg	Единственный аргумент, который может быть передан start_routine. Он должен передаваться по ссылке в виде указателя типа void. NULL может использоваться, если аргумент не передается.

Максимальное количество потоков, которые могут быть созданы процессом, зависит от реализации. После создания потоки являются одноранговыми и могут создавать другие потоки. Не существует подразумеваемой иерархии или зависимости между потоками.

Завершающие темы

Существует следующая процедура, которую мы используем для завершения потока POSIX:

#include pthread_exit (status)

Здесь pthread_exit используется для явного выхода из потока. Как правило, процедура pthread_exit() вызывается после того, как поток завершил свою работу и больше не требуется для существования.

Если main() заканчивается перед созданными потоками и выходит с помощью pthread_exit () , остальные потоки будут продолжать выполняться. В противном случае они будут автоматически завершены, когда main() закончит.

[C++11] STL: Thread — Многопоточные программы

Этот простой пример кода создает 5 потоков с помощью процедуры pthread_create (). Каждый поток печатает «Hello World!». сообщение, а затем завершается вызовом pthread_exit() .

#include #include #include using namespace std; #define NUM_THREADS 5 void *PrintHello(void *threadid) < long tid; tid = (long)threadid; cout int main () < pthread_t threads[NUM_THREADS]; int rc; int i; for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) < cout > pthread_exit(NULL); >

Скомпилируйте следующую программу, используя библиотеку -lpthread следующим образом:

$gcc test.cpp -lpthread

Теперь выполним вашу программу, которая дает следующий результат:

main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Hello World! Thread ID, 0 Hello World! Thread ID, 1 Hello World! Thread ID, 2 Hello World! Thread ID, 3 Hello World! Thread ID, 4

Передача аргументов в потоки

В этом примере показано, как передать несколько аргументов через структуру. Вы можете передать любой тип данных в обратном вызове потока, поскольку он указывает на void, как описано в следующем примере:

#include #include #include using namespace std; #define NUM_THREADS 5 struct thread_data < int thread_id; char *message; >; void *PrintHello(void *threadarg) < struct thread_data *my_data; my_data = (struct thread_data *) threadarg; cout thread_id ; cout message int main () < pthread_t threads[NUM_THREADS]; struct thread_data td[NUM_THREADS]; int rc; int i; for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) < cout > pthread_exit(NULL); >

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат:

main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Thread ID : 3 Message : This is message Thread ID : 2 Message : This is message Thread ID : 0 Message : This is message Thread ID : 1 Message : This is message Thread ID : 4 Message : This is message

Присоединение и отсоединение потоков

Существуют следующие две процедуры, которые мы можем использовать для объединения или отсоединения потоков —

pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)

Подпрограмма pthread_join () блокирует вызывающий поток до тех пор, пока указанный поток потоков не завершится. Когда поток создается, один из его атрибутов определяет, является ли он совместимым или отсоединенным. Можно объединить только те потоки, которые созданы как соединяемые. Если поток создается как отсоединенный, он никогда не может быть соединен.

В этом примере показано, как ждать завершения потоков, используя процедуру соединения Pthread .

#include #include #include #include using namespace std; #define NUM_THREADS 5 void *wait(void *t) < int i; long tid; tid = (long)t; sleep(1); cout int main () < int rc; int i; pthread_t threads[NUM_THREADS]; pthread_attr_t attr; void *status; // Initialize and set thread joinable pthread_attr_init( pthread_attr_setdetachstate( for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) < cout > // free attribute and wait for the other threads pthread_attr_destroy( for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) < rc = pthread_join(threads[i], if (rc) < cout cout cout

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат:

main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Sleeping in thread Thread with id : 0 . exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 . exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 . exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 . exiting Sleeping in thread Thread with id : 4 . exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0 Main: completed thread id :1 exiting with status :0 Main: completed thread id :2 exiting with status :0 Main: completed thread id :3 exiting with status :0 Main: completed thread id :4 exiting with status :0 Main: program exiting.

Потоки и работа с ними

Многопоточность позволяет увеличивать скорость реагирования приложения и, если приложение работает в многопроцессорной или многоядерной системе, его пропускную способность.

Процессы и потоки

Процесс — это исполнение программы. Операционная система использует процессы для разделения исполняемых приложений. Поток — это основная единица, которой операционная система выделяет время процессора. Каждый поток имеет приоритет планирования и набор структур, в которых система сохраняет контекст потока, когда выполнение потока приостановлено.

Контекст потока содержит все сведения, позволяющие потоку безболезненно возобновить выполнение, в том числе набор регистров процессора и стек потока. Несколько потоков могут выполняться в контексте процесса. Все потоки процесса используют общий диапазон виртуальных адресов. Поток может исполнять любую часть программного кода, включая части, выполняемые в данный момент другим потоком.

Платформа .NET Framework предоставляет способ изоляции приложений в процессе с помощью доменов приложений. (Домены приложений недоступны в .NET Core.) Дополнительные сведения см. в разделе Домены приложений и потоки в статье Домены приложений.

По умолчанию программа .NET запускается с одним потоком, часто называемым основным потоком. Тем не менее она может создавать дополнительные потоки для выполнения кода параллельно или одновременно с основным потоком. Эти потоки часто называются рабочими потоками.

Цели применения нескольких потоков

Используйте несколько потоков, чтобы увеличить скорость реагирования приложения и воспользоваться преимуществами многопроцессорной или многоядерной системы, чтобы увеличить пропускную способность приложения.

Представьте себе классическое приложение, в котором основной поток отвечает за элементы пользовательского интерфейса и реагирует на действия пользователя. Используйте рабочие потоки для выполнения длительных операций, которые, в противном случае будут занимать основной поток, в результате чего пользовательский интерфейс будет недоступен. Для более оперативной реакции на входящие сообщения или события также можно использовать выделенный поток связи с сетью или устройством.

Если программа выполняет операции, которые могут выполняться параллельно, можно уменьшить общее время выполнения путем выполнения этих операций в отдельных потоках и запуска программы в многопроцессорной или многоядерной системе. В такой системе использование многопоточности может увеличить пропускную способность, а также повысить скорость реагирования.

Как использовать многопоточность в .NET

Начиная с .NET Framework 4, для многопоточности рекомендуется использовать библиотеку параллельных задач (TPL) и Parallel LINQ (PLINQ). Дополнительные сведения см. в разделе Параллельное программирование.

Библиотека параллельных задач и PLINQ полагаются на потоки ThreadPool. Класс System.Threading.ThreadPool предоставляет приложения .NET с пулом рабочих потоков. Также можно использовать потоки из пула потоков. Дополнительные сведения см. в разделе Управляемый пул потоков.

Наконец, можно использовать класс System.Threading.Thread, который представляет управляемый поток. Дополнительные сведения см. в разделе Использование потоков и работа с потоками.

Несколько потоков могут требовать доступ к общему ресурсу. Чтобы сохранить ресурс в неповрежденном состоянии и избежать состояния гонки, необходимо синхронизировать доступ к нему потоков. Вы также можете координировать взаимодействие нескольких потоков. Платформа .NET предоставляет ряд типов для синхронизации доступа к общему ресурсу или координации взаимодействия потоков. Дополнительные сведения см. в разделе Обзор примитивов синхронизации.

Исключения следует обрабатывать в потоках. Необработанные исключения в потоках, как правило, приводят к завершению процесса. Дополнительные сведения см. в статье Исключения в управляемых потоках.

См. также

Объекты и функциональные возможности работы с потоками
Рекомендации по работе с потоками
Процессы и потоки
Параллельная обработка в .NET
Асинхронные шаблоны программирования в .NET

Источник: learn.microsoft.com

Обзор многопоточности

XYZ School

Для применения многопоточности существует несколько причин. Предположим, в приложении предпринимается обращение к какому-то серверу в сети, которое может занять определенное время. Вряд ли захочется, чтобы пользовательский интерфейс из-за этого блокировался, и пользователю пришлось просто дожидаться момента, когда от сервера вернется ответ. Пользователь может выполнять в это время какие-то другие действия или вообще отменить отправленный серверу запрос. В таких ситуациях применение многопоточности приносит пользу.

Для всех видов активности, требующих ожидания, например, из-за получения доступа к файлу, базе данных или сети, может запускаться новый поток, позволяющий выполнять в это же время другие задачи. Многопоточность может помочь, даже если есть одни только насыщенные в плане обработки задачи. Многочисленные потоки одного и того же процесса могут одновременно выполняться разными ЦП или, что чаще встречается в наши дни, разными ядрами одного многоядерного ЦП.

Разумеется, необходимо знать особенности одновременного выполнения множества потоков. Из-за того, что они выполняются в одно и то же время, при получении ими доступа к одним и тем же данным могут возникать проблемы. Чтобы этого не происходило, должны быть реализованы механизмы синхронизации.

представляет собой независимую последовательность инструкций в программе. Потоки играют важную роль как для клиентских, так и для серверных приложений. К примеру, во время ввода какого-то кода C# в окне редактора Visual Studio проводится анализ на предмет различных синтаксических ошибок. Этот анализ осуществляется отдельным фоновым потоком.

То же самое происходит и в средстве проверки орфографии в Microsoft Word. Один поток ожидает ввода данных пользователем, а другой в это время выполняет в фоновом режиме некоторый анализ. Третий поток может сохранять записываемые данные во временный файл, а четвертый — загружать дополнительные данные из Интернета.

В приложении, которое функционирует на сервере, один поток всегда ожидает поступления запроса от клиента и потому называется потоком-слушателем (listener thread). При получении запроса он сразу же пересылает его отдельному рабочему потоку (worker thread), который дальше сам продолжает взаимодействовать с клиентом. Поток-слушатель после этого незамедлительно возвращается к своим обязанностям по ожиданию поступления следующего запроса от очередного клиента.

Каждый процесс состоит из ресурсов, таких как оконные дескрипторы, файловые дескрипторы и другие объекты ядра, имеет выделенную область в виртуальной памяти и содержит как минимум один поток. Потоки планируются к выполнению операционной системой. У любого потока имеется приоритет, счетчик команд, указывающий на место в программе, где происходит обработка, и стек, в котором сохраняются локальные переменные потока. Стек у каждого потока выглядит по-своему, но память для программного кода и куча разделяются среди всех потоков, которые функционируют внутри одного процесса.

Это позволяет потокам внутри одного процесса быстро взаимодействовать между собой, поскольку все потоки процесса обращаются к одной и той же виртуальной памяти. Однако это также и усложняет дело, поскольку дает возможность множеству потоков изменять одну и ту же область памяти.

Основы многопоточной обработки

Различают две разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. В связи с этим важно понимать отличия между ними. Процесс отвечает за управление ресурсами, к числу которых относится виртуальная память и дескрипторы Windows, и содержит как минимум один поток. Наличие хотя бы одного потока является обязательным для выполнения любой программы. Поэтому многозадачность на основе процессов — это средство, благодаря которому на компьютере могут параллельно выполняться две программы и более.

Так, многозадачность на основе процессов позволяет одновременно выполнять программы текстового редактора, электронных таблиц и просмотра содержимого в Интернете. При организации многозадачности на основе процессов программа является наименьшей единицей кода, выполнение которой может координировать планировщик задач.

Поток представляет собой координируемую единицу исполняемого кода. Своим происхождением этот термин обязан понятию «поток исполнения». При организации многозадачности на основе потоков у каждого процесса должен быть по крайней мере один поток, хотя их может быть и больше. Это означает, что в одной программе одновременно могут решаться две задачи и больше. Например, текст может форматироваться в редакторе текста одновременно с его выводом на печать, при условии, что оба эти действия выполняются в двух отдельных потоках.

Отличия в многозадачности на основе процессов и потоков могут быть сведены к следующему: многозадачность на основе процессов организуется для параллельного выполнения программ, а многозадачность на основе потоков — для параллельного выполнения отдельных частей одной программы.

Главное преимущество многопоточной обработки заключается в том, что она позволяет писать программы, которые работают очень эффективно благодаря возможности выгодно использовать время простоя, неизбежно возникающее в ходе выполнения большинства программ. Как известно, большинство устройств ввода-вывода, будь то устройства, подключенные к сетевым портам, накопители на дисках или клавиатура, работают намного медленнее, чем центральный процессор (ЦП). Поэтому большую часть своего времени программе приходится ожидать отправки данных на устройство ввода-вывода или приема информации из него. А благодаря многопоточной обработке программа может решать какую-нибудь другую задачу во время вынужденного простоя.

Например, в то время как одна часть программы отправляет файл через соединение с Интернетом, другая ее часть может выполнять чтение текстовой информации, вводимой с клавиатуры, а третья — осуществлять буферизацию очередного блока отправляемых данных.

Поток может находиться в одном из нескольких состояний. В целом, поток может быть выполняющимся; готовым к выполнению, как только он получит время и ресурсы ЦП; приостановленным, т.е. временно не выполняющимся; возобновленным в дальнейшем; заблокированным в ожидании ресурсов для своего выполнения; а также завершенным, когда его выполнение окончено и не может быть возобновлено.

В среде .NET Framework определены две разновидности потоков: приоритетный и фоновый. По умолчанию создаваемый поток автоматически становится приоритетным, но его можно сделать фоновым. Единственное отличие приоритетных потоков от фоновых заключается в том, что фоновый поток автоматически завершается, если в его процессе остановлены все приоритетные потоки.

В связи с организацией многозадачности на основе потоков возникает потребность в особого рода режиме, который называется синхронизацией и позволяет координировать выполнение потоков вполне определенным образом. Для такой синхронизации в C# предусмотрена отдельная подсистема.

Все процессы состоят хотя бы из одного потока, который обычно называют основным, поскольку именно с него начинается выполнение программы. Из основного потока можно создать другие потоки.

В языке C# и среде .NET Framework поддерживаются обе разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. Поэтому средствами C# можно создавать как процессы, так и потоки, а также управлять и теми и другими. Для того чтобы начать новый процесс, от программирующего требуется совсем немного усилий, поскольку каждый предыдущий процесс совершенно обособлен от последующего.

Намного более важной оказывается поддержка в C# многопоточной обработки, благодаря которой упрощается написание высокопроизводительных, многопоточных программ на C# по сравнению с некоторыми другими языками программирования.

Классы, поддерживающие многопоточное программирование, определены в пространстве имен System.Threading. Поэтому любая многопоточная программа на C# включает в себя следующую строку кода:

using System.Threading;

Пространство имен System.Threading содержит различные типы, позволяющие создавать многопоточные приложения. Пожалуй, главным среди них является класс Thread, поскольку он представляет отдельный поток. Чтобы программно получить ссылку на поток, выполняемый конкретным его экземпляром, просто вызовите статическое свойство Thread.CurrentThread:

static void ExtractExecutingThread() < // Получить поток, выполняющий данный метод. Thread currThread = Thread.CurrentThread; >

На платформе .NET не существует прямого соответствия «один к одному» между доменами приложений (AppDomain) и потоками. Фактически определенный AppDomain может иметь несколько потоков, выполняющихся в каждый конкретный момент времени.

Более того, конкретный поток не привязан к одному домену приложений на протяжении своего времени существования. Потоки могут пересекать границы доменов приложений, когда это вздумается планировщику Windows и CLR.

Хотя активные потоки могут пересекать границы AppDomain, каждый поток в каждый конкретный момент времени может выполняться только внутри одного домена приложений (другими словами, невозможно, чтобы один поток работал в более чем одном домене приложений сразу). Чтобы программно получить доступ к AppDomain, в котором работает текущий поток, вызовите статический метод Thread.GetDomain():

static void ExtractAppDomainHostingThread() < // Получить AppDomain, в котором работает текущий поток. AppDomain ad = Thread.GetDomain(); >

Единственный поток также в любой момент может быть перемещен в определенный контекст, и он может перемещаться в пределах нового контекста по прихоти CLR. Для получения текущего контекста, в котором выполняется поток, используйте статическое свойство Thread.CurrentContext (которое возвращает объект System.Runtime.Remoting.Contexts.Context):

static void ExtractCurrentThreadContext() < // Получить контекст, в котором работает текущий поток. Context ctx = Thread.CurrentContext; >

Еще раз: за перемещение потоков между доменами приложений и контекстами отвечает CLR. Как разработчик .NET, вы всегда остаетесь в счастливом неведении относительно того, когда завершается каждый конкретный поток (или куда именно он будет помещен после перемещения). Тем не менее, полезно знать о различных способах получения лежащих в основе примитивов.

Источник: professorweb.ru

Многопоточность

Одним из ключевых аспектов в современном программировании является многопоточность . Ключевым понятием при работе с многоопоточностью является поток. Поток предствляет некоторую часть кода программы. При выполнении программы каждому потоку выделяется определенный квант времени.

Что такое многопоточность в языке С: методы синхронизации

Многопоточность в С раньше не поддерживалась встроенными возможностями, а достигалась только путем применения дополнительных инструментов или специальных методов программирования. В последних версиях язык а м ногопоточность поддерживается встроенным инструментом.

Многопоточность тесно с вязана с другим термином — многозадачность ю . Начинающие разработчики путают два эти термина, а это неправильно.

Многозадачность свойственна устройствам, средам выполнения и операционным системам и несет в себе возможность параллельно и одновременно обрабатывать несколько поставленных задач.

Задачи не связаны между собой и могут обрабатываться отдельно друг от друга.

Многопоточность свойственна программам и несет в себе возможность обрабатывать эту программу в несколько параллельных и одновременных потоков. Потоки одной программы тесно связаны между собой и не могут исполняться отдельно друг от друга.

Поток является отдельной ветвью кода одной программы, которая может выполняться параллельно с другими ветвями кода этой же программы.

Например, вы включаете на компьютере аудиоплеер с вашей любимой музыкой, запускаете редактор кода, чтобы программировать , и при этом ищете через поиск в браузере нужную информацию в интернете, потому что вы столкнулись с проблемой в программировании и не знаете , как ее решить. Аудиоплеер, редактор кода и браузер — это часть многозадачности вашей операционной системы. Работая в браузере, вы открываете несколько вкладок — вкладки будут частью многопоточности браузера.

Многопоточность в С

OpenMP;
OpenTheads;
POCO Thead ;
Zthread;
Pthreads-w32;
и др.

Многопоточность в Си: класс «std::thread»

Обязательно записать заголовочный файл «#include ».
Каждый отдельный поток обозначать классом «std::thread t(callable_object, arg1, arg2 ..)».

его нельзя копировать, но можно перемещать и присваивать другим объектам, которые не имеют связи с другими потоками;
у каждого потока должен быть свой идентификатор, который возможно узнать, применив метод «get_id»;
можно использовать статический метод «hardware_concurrency», возвращающий количество параллельных потоков;
можно использовать статические методы для «усыпления» потоков : «sleep_for» или «sleep_until»;
при необходимости можно передать управление другим потокам при помощи функции «yield»;
класс может вызывать объекты трех видов: указатель на функцию, функциональный объект, лямбда-выражение.

Заключение

Многопоточность в С и в других языках программирования играет важную роль, потому что позволяет улучшить производительность написанных программ за счет правильного использования возможностей мультизадачности и мультипроцессирования операционных систем. Поэтому при написании сложных програм м в ажно изучить тонкости многопоточности и уметь их применять на практике.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

Источник: codernet.ru

C ++ — Многопоточность

Создание потоков

Завершающие темы

Передача аргументов в потоки

Присоединение и отсоединение потоков

Потоки и работа с ними

Процессы и потоки

Цели применения нескольких потоков

Как использовать многопоточность в .NET

См. также

Обзор многопоточности

Основы многопоточной обработки

Многопоточность

Что такое многопоточность в языке С: методы синхронизации

Многопоточность в С

Многопоточность в Си: класс «std::thread»

Заключение

Для чего нужна программа компилятор

Программа смешанное белье для чего

Токси риск программа для чего

Программа аршин метрология для чего

Программа чек пфр для чего

Для чего предназначена программа стили

Для чего нужна программа тренажер

Для чего нужна программа apkpure