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C++可擴(kuò)展性與多線程超詳細(xì)精講

更新時(shí)間：2022年10月31日 11:00:03 作者：無水先生

這篇文章主要介紹了C++可擴(kuò)展性與多線程，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)吧

一、可擴(kuò)展性和多線程

基于 Boost.Asio 之類的庫(kù)開發(fā)程序與通常的 C++ 風(fēng)格不同?？赡苄枰L(zhǎng)時(shí)間才能返回的函數(shù)不再按順序調(diào)用。 Boost.Asio 不調(diào)用阻塞函數(shù)，而是啟動(dòng)異步操作。操作完成后應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)現(xiàn)在在相應(yīng)的處理程序中調(diào)用。這種方法的缺點(diǎn)是順序執(zhí)行函數(shù)的物理分離，這會(huì)使代碼更難理解。

諸如 Boost.Asio 之類的庫(kù)通常用于實(shí)現(xiàn)更高的效率。無需等待操作完成，程序可以在其間執(zhí)行其他任務(wù)。因此，可以啟動(dòng)多個(gè)同時(shí)執(zhí)行的異步操作——請(qǐng)記住，異步操作通常用于訪問進(jìn)程之外的資源。由于這些資源可以是不同的設(shè)備，它們可以獨(dú)立工作并同時(shí)執(zhí)行操作。

可擴(kuò)展性描述了程序有效地從額外資源中受益的能力。借助 Boost.Asio，可以從外部設(shè)備同時(shí)執(zhí)行操作的能力中受益。如果使用線程，則可以在可用的 CPU 內(nèi)核上同時(shí)執(zhí)行多個(gè)功能。 Boost.Asio 的線程提高了可伸縮性，因?yàn)槟某绦蚩梢岳脙?nèi)部和外部設(shè)備，這些設(shè)備可以獨(dú)立執(zhí)行操作或相互協(xié)作執(zhí)行操作。

如果在 boost::asio::io_service 類型的對(duì)象上調(diào)用成員函數(shù) run()，則在同一線程中調(diào)用關(guān)聯(lián)的處理程序。通過使用多個(gè)線程，程序可以多次調(diào)用 run()。一旦異步操作完成，I/O 服務(wù)對(duì)象將在這些線程之一中執(zhí)行處理程序。如果第二個(gè)操作在第一個(gè)操作之后不久完成，則 I/O 服務(wù)對(duì)象可以在不同的線程中執(zhí)行處理程序?，F(xiàn)在，不僅進(jìn)程外的操作可以并發(fā)執(zhí)行，進(jìn)程內(nèi)的處理程序也可以并發(fā)執(zhí)行。

二、線程示例

示例 32.3。 I/O 服務(wù)對(duì)象的兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行處理程序

#include <boost/asio/io_service.hpp>
#include <boost/asio/steady_timer.hpp>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <iostream>
using namespace boost::asio;
int main()
{
  io_service ioservice;
  steady_timer timer1{ioservice, std::chrono::seconds{3}};
  timer1.async_wait([](const boost::system::error_code &ec)
    { std::cout << "3 sec\n"; });
  steady_timer timer2{ioservice, std::chrono::seconds{3}};
  timer2.async_wait([](const boost::system::error_code &ec)
    { std::cout << "3 sec\n"; });
  std::thread thread1{[&ioservice](){ ioservice.run(); }};
  std::thread thread2{[&ioservice](){ ioservice.run(); }};
  thread1.join();
  thread2.join();
}

前面的示例已在示例 32.3 中轉(zhuǎn)換為多線程程序。使用 std::thread，在 main() 中創(chuàng)建了兩個(gè)線程。在每個(gè)線程中的唯一 I/O 服務(wù)對(duì)象上調(diào)用 run()。這使得 I/O 服務(wù)對(duì)象可以在異步操作完成時(shí)使用兩個(gè)線程來執(zhí)行處理程序。

在示例 32.3 中，兩個(gè)鬧鐘都應(yīng)在三秒后響起。因?yàn)橛袃蓚€(gè)線程可用，所以兩個(gè) lambda 函數(shù)可以同時(shí)執(zhí)行。如果在執(zhí)行第一個(gè)鬧鐘的處理程序時(shí)第二個(gè)鬧鐘響起，則可以在第二個(gè)線程中執(zhí)行該處理程序。如果第一個(gè)鬧鐘的handler已經(jīng)返回，I/O服務(wù)對(duì)象可以使用任意線程執(zhí)行第二個(gè)handler。

當(dāng)然，使用線程并不總是有意義的。示例 32.3 可能不會(huì)將消息按順序?qū)懭霕?biāo)準(zhǔn)輸出流。相反，它們可能會(huì)混淆。兩個(gè)處理程序可能同時(shí)在兩個(gè)線程中運(yùn)行，共享全局資源 std::cout。為避免中斷，需要同步對(duì) std::cout 的訪問。如果處理程序不能同時(shí)執(zhí)行，線程的優(yōu)勢(shì)就喪失了。

示例 32.4。兩個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象各有一個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行處理程序

#include <boost/asio/io_service.hpp>
#include <boost/asio/steady_timer.hpp>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <iostream>
using namespace boost::asio;
int main()
{
  io_service ioservice1;
  io_service ioservice2;
  steady_timer timer1{ioservice1, std::chrono::seconds{3}};
  timer1.async_wait([](const boost::system::error_code &ec)
    { std::cout << "3 sec\n"; });
  steady_timer timer2{ioservice2, std::chrono::seconds{3}};
  timer2.async_wait([](const boost::system::error_code &ec)
    { std::cout << "3 sec\n"; });
  std::thread thread1{[&ioservice1](){ ioservice1.run(); }};
  std::thread thread2{[&ioservice2](){ ioservice2.run(); }};
  thread1.join();
  thread2.join();
}

對(duì)單個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象重復(fù)調(diào)用 run() 是使基于 Boost.Asio 的程序更具可擴(kuò)展性的推薦方法。但是，您也可以創(chuàng)建多個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象，而不是為一個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象提供多個(gè)線程。

在示例 32.4 中，兩個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象在兩個(gè)類型為 boost::asio::steady_timer 的鬧鐘旁邊使用。該程序基于兩個(gè)線程，每個(gè)線程綁定到另一個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象。兩個(gè) I/O 對(duì)象 timer1 和 timer2 不再綁定到同一個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象。它們綁定到不同的對(duì)象。

示例 32.4 的工作方式與之前相同。無法就何時(shí)使用多個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象提供一般性建議。因?yàn)?boost::asio::io_service 代表一個(gè)操作系統(tǒng)接口，所以任何決定都取決于特定的接口。

在 Windows 上，boost::asio::io_service 通常基于 IOCP，在 Linux 上，它基于 epoll()。擁有多個(gè) I/O 服務(wù)對(duì)象意味著將使用多個(gè) I/O 完成端口，或者將多次調(diào)用 epoll()。這是否比僅使用一個(gè) I/O 完成端口或一次調(diào)用 epoll() 更好取決于具體情況。

到此這篇關(guān)于C++可擴(kuò)展性與多線程超詳細(xì)精講的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++可擴(kuò)展性與多線程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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