Энтони Уильямс - Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ

Я надеюсь, что в этом кратком введении в новые языковые средства мне все же удалось объяснить, как они соотносятся с библиотекой Thread Library, и что с его помощью вы сможете писать и понимать многопоточный код, в котором эти средства используются. Но не забывайте, что это отнюдь не полный справочник и не учебник по использованию новых возможностей языка. Если вы намерены активно пользоваться ими, то рекомендую приобрести достаточно подробную книгу, которая позволит задействовать их в полной мере.

Поддержка параллелизма и многопоточности в языках программирования и библиотеках не является чем-то новым, хотя включение ее в стандарт С++ — действительно новшество. Например, в Java многопоточность поддерживалась уже в самой первой версии; на платформах, согласованных со стандартом POSIX, имеется интерфейс из языка С к средствам многопоточности, предоставляемым операционной системой, а язык Erlang поддерживает параллелизм на основе передачи сообщений. Существуют даже библиотеки классов для С++, например Boost, которые обертывают программный интерфейс к средствам многопоточности, существующим на данной платформе (будь то интерфейс POSIX С или нечто иное) и тем самым предоставляют переносимый интерфейс для всех поддерживаемых платформ.

Для тех, кто уже имеет опыт написания многопоточных приложений и хотел бы воспользоваться им для разработки программ на С++ с применением новых возможностей, в этом приложении проводится сравнение средств, имеющихся в Java, POSIX С, С++ с библиотекой Boost Thread Library и С++11. Даются также перекрестные ссылки на соответствующие главы этой книги.

В разделе 4.1 мы познакомились с каркасом передачи сообщений между потоками, продемонстрировав его на примере программы банкомата. В этом приложении приводится полный код примера, включая и код каркаса передачи сообщений.

В листинге С.1 показан код очереди сообщений. Сообщения хранятся в списке и представлены указателями на базовый класс. Сообщения конкретного типа обрабатываются шаблонным классом, производным от этого базового класса. В момент помещения сообщения в очередь конструируется подходящий экземпляр обертывающего класса и сохраняется указатель на него; операция извлечения возвращает именно этот указатель. Поскольку в классе message_baseнет функций-членов, извлекающий поток должен привести указатель к нужному типу wrapped_message, прежде чем сможет получить хранящееся сообщение.

Листинг С.1.Простая очередь сообщений

#include

#include

#include

#include

namespace messaging

{ │ Базовый класс

struct message_base {←┘ элементов очереди

virtual ~message_base() {}

};

template │ Для каждого типа сообщений

struct wrapped_message:←┘ имеется специализация

message_base {

Msg contents;

explicit wrapped_message(Msg const& contents_):

contents(contents_) {}

};

│ Наша очередь

class queue←┘ сообщений

{ │ В настоящей

std::mutex m; │ очереди хранят-

std::condition_variable с; │ ся указатели на

std::queue > q;←┘ message_base

public:

template │ Обернуть добав-

void push(T const& msg) │ ленное сообще-

{ │ ние и сохранить

std::lock_guard lk(m);│ указатель

q.push( ←┘

std::make_shared >(msg));

с.notify_all();

}

std::shared_ptr wait_and_pop()│ Блокирует до

{ │ появления в

std::unique_lock lk(m); │ очереди хотя бы

c.wait(lk, [&]{ return !q.empty(); }); ←┘ одного элемента

auto res = q.front();

q.pop();

return res;

}

};

}

Отправкой сообщений занимается объект класса sender, показанного в листинге С.2. Это не более чем тонкая обертка вокруг очереди сообщений, которая позволяет только добавлять сообщения. При копировании экземпляров senderкопируется только указатель на очередь, а не сама очередь.

Листинг С.2.Класс sender

namespace messaging {

class sender {│ sender обертывает указатель

queue* q; ←┘ на очередь

public: │ У сконструированного по умолчанию

sender() :←┘ sender'a нет очереди

q(nullptr) {}

│ Разрешаем конструирование

explicit sender(queue* q_):←┘ из указателя на очередь