c++++结构化并发通过作用域管理任务生命周期,解决资源泄漏和同步问题。1.使用std::jthread自动join线程防止资源泄漏;2.利用std::stop_token安全请求线程停止;3.基于线程池结合std::future和std::packaged_task优化任务调度;4.选择线程池大小时参考cpu核心数与任务类型,通过公式计算并结合性能测试调整;5.避免死锁应确保锁顺序一致、缩短持有时间、设置超时机制;6.避免竞争条件可通过互斥锁、原子操作或无锁数据结构实现。良好的设计与静态分析工具也有助于提升并发安全性。
C++结构化并发的核心在于更清晰、可控的任务管理,它通过作用域来管理并发任务的生命周期,避免传统线程管理中常见的资源泄漏和同步问题。任务调度方案则是在此基础上,进一步优化任务的执行顺序和资源分配,提高并发程序的整体效率。
C++20引入的std::jthread和std::stop_token是实现结构化并发的关键。std::jthread在线程结束时自动join,防止资源泄漏。std::stop_token则允许安全地请求线程停止,避免强制终止带来的问题。
任务调度方案可以基于线程池来实现,结合std::future和std::packaged_task可以方便地管理任务的执行结果。
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
一个简单的示例:
#include <iostream> #include <thread> #include <vector> #include <future> #include <queue> #include <mutex> #include <condition_variable> class ThreadPool { public: ThreadPool(size_t numThreads) : stop(false) { for (size_t i = 0; i < numThreads; ++i) { workers.emplace_back([this] { while (true) { std::function<void()> task; { std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex); condition.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); }); if (stop && tasks.empty()) return; task = std::move(tasks.front()); tasks.pop(); } task(); } }); } } template<class F, class... Args> auto enqueue(F&& f, Args&&... args) -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> { using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type; auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>( std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...) ); std::future<return_type> res = task->get_future(); { std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex); if (stop) throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool"); tasks.emplace([task]() { (*task)(); }); } condition.notify_one(); return res; } ~ThreadPool() { { std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex); stop = true; } condition.notify_all(); for (std::thread& worker : workers) worker.join(); } private: std::vector<std::thread> workers; std::queue<std::function<void()>> tasks; std::mutex queueMutex; std::condition_variable condition; bool stop; }; int main() { ThreadPool pool(4); std::vector<std::future<int>> results; for (int i = 0; i < 8; ++i) { results.emplace_back( pool.enqueue([i]() { std::cout << "Task " << i << " executed by thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); return i * 2; }) ); } for (auto& result : results) { std::cout << "Result: " << result.get() << std::endl; } return 0; }
线程池大小的选择直接影响并发程序的性能。过小的线程池无法充分利用多核CPU的优势,导致任务排队等待;过大的线程池则可能引入过多的上下文切换开销,反而降低性能。
一个常用的经验法则是:线程池大小 = CPU核心数 * (1 + 等待时间/计算时间)。 其中,等待时间是指任务在等待I/O、网络或其他资源的时间,计算时间是指任务实际执行计算的时间。
例如,如果任务大部分时间都在等待I/O,那么线程池大小可以适当大于CPU核心数。反之,如果任务是CPU密集型的,那么线程池大小接近CPU核心数即可。
此外,还可以通过性能测试来确定最佳线程池大小。逐步调整线程池大小,并监控程序的吞吐量、响应时间和CPU利用率,找到一个平衡点。
std::stop_token提供了一种非侵入式的方式来请求线程停止。线程可以通过定期检查std::stop_token::stop_requested()来判断是否需要停止。
#include <iostream> #include <thread> #include <stop_token> void task(std::stop_token stopToken) { while (!stopToken.stop_requested()) { std::cout << "Task running..." << std::endl; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); } std::cout << "Task stopped." << std::endl; } int main() { std::jthread t(task); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); t.request_stop(); // 请求线程停止 return 0; }
在这个例子中,task函数会定期检查stopToken.stop_requested(),如果返回true,则停止执行。main函数通过t.request_stop()来请求线程停止。std::jthread会在线程停止后自动join,避免资源泄漏。
需要注意的是,std::stop_token只是提供了一种请求停止的机制,线程需要自行处理停止逻辑。
死锁和竞争条件是并发编程中常见的难题。死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源,导致程序无法继续执行。竞争条件是指多个线程同时访问共享资源,导致结果不确定。
避免死锁的常见方法包括:
避免竞争条件的常见方法包括:
此外,良好的代码设计和测试也是避免死锁和竞争条件的关键。使用静态分析工具可以帮助发现潜在的并发问题。
以上就是C++中如何使用结构化并发_任务调度方案的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
每个人都需要一台速度更快、更稳定的 PC。随着时间的推移,垃圾文件、旧注册表数据和不必要的后台进程会占用资源并降低性能。幸运的是,许多工具可以让 Windows 保持平稳运行。
Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号