一、多线程概述
多线程是一种利用CPU时间分片的并发编程方式，能够提高程序的执行效率。在C++中，多线程编程需要使用一系列的线程库来完成。除了常见的std::thread，还有boost::thread、pthread、Windows API等。
在使用多线程编程时，需要注意线程安全。多个线程同时访问同一个资源，可能会发生读写冲突，导致程序异常崩溃。因此，在编写多线程程序时，需要加锁来避免这类问题。
下面是一个简单的多线程程序示例：
#include <iostream>
#include <thread>
void PrintMsg(int id)
{
std::cout << "Thread " << id << " is running\n";
}
int main()
{
std::thread t1(PrintMsg, 1);
std::thread t2(PrintMsg, 2);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
代码解释：调用PrintMsg函数的两个线程t1和t2同时启动，分别输出"Thread 1 is running"和"Thread 2 is running"，最后再等待这两个线程的执行完毕。
二、线程同步
在多线程编程中，线程同步是一个非常重要的问题。线程同步指的是多个线程之间的协调和通信，以实现对共享资源的读写操作。
在C++中，线程同步的方式有多种，比如互斥锁（std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）、原子变量（std::atomic）等。
下面是一个使用std::mutex同步的例子：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex g_lock;
void PrintMsg(int id)
{
g_lock.lock();
std::cout << "Thread " << id << " is running\n";
g_lock.unlock();
}
int main()
{
std::thread t1(PrintMsg, 1);
std::thread t2(PrintMsg, 2);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
代码解释：使用std::mutex来保证PrintMsg函数的输出不会被多个线程同时执行，从而保证线程安全。
三、线程池
线程池是一种常见的多线程编程模型，通过创建多个线程并分配工作任务的方式，来提高程序的执行效率。
C++11中也提供了线程池相关的库，比如std::async和std::future。
下面是一个使用std::async和std::future的例子：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <future>
int Plus(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
std::vector<std::future<int>> futures;
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
futures.push_back(std::async(Plus, i, i+1));
}
for(auto & f : futures)
{
std::cout << f.get() << std::endl;
}
return 0;
}
代码解释：将10个Plus函数的调用任务放入std::async函数中，在等待这些任务完成后，输出结果。
四、死锁问题
在多线程编程中，死锁是一个常见的问题。死锁指的是多个线程之间互相等待，导致程序无法继续执行。
死锁的解决方式主要有两种：1）避免嵌套锁；2）使用std::lock_guard来避免手动上锁和解锁。
下面是一个死锁示例：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex g_lock1, g_lock2;
void A()
{
g_lock1.lock();
std::cout << "A locked g_lock1\n";
g_lock2.lock();
std::cout << "A locked g_lock2\n";
g_lock2.unlock();
g_lock1.unlock();
}
void B()
{
g_lock2.lock();
std::cout << "B locked g_lock2\n";
g_lock1.lock();
std::cout << "B locked g_lock1\n";
g_lock1.unlock();
g_lock2.unlock();
}
int main()
{
std::thread t1(A);
std::thread t2(B);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
代码解释：A函数先上锁g_lock1，然后又试图上锁g_lock2；B函数先上锁g_lock2，然后又试图上锁g_lock1，导致两个线程之间互相等待，产生死锁。
五、多线程性能优化
在多线程编程中，性能优化是一个非常重要的问题。性能优化可以从多个角度来进行优化，比如减少锁竞争、提高CPU利用率、使用局部变量等。
下面是一个使用std::lock_guard和局部变量的例子来减少锁竞争：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex g_lock;
void Add(std::vector<int> & v, int x)
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(g_lock);
v.push_back(x);
}
void Worker()
{
std::vector<int> v;
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
Add(v, i);
}
}
int main()
{
std::vector<std::thread> threads;
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
threads.emplace_back(Worker);
}
for(auto & t : threads)
{
t.join();
}
return 0;
}
代码解释：每个线程都有一个局部变量v来存储数据，然后通过Add函数来向v中添加元素。由于每个线程有自己的局部变量，因此减少了锁竞争的发生。
