[C++] 쓰레딩(Threading) 라이브러리

이 글은 C++의 쓰레딩(Threading) 라이브러리를 공부하고 정리한 글입니다.
쓰레딩 라이브러리는 os마다 다르게 구현했던 멀티쓰레딩을 통합시킨 라이브러리이다.

쓰레딩 라이브러리

• 표준 C++ 쓰레드
• os마다 다르게 구현했던 멀티쓰레딩을 통합시킨 라이브러리
• 이동(move) 가능

• 복사 불가능

  std::thread 생성자

  thread() noexcept;
  
  template<class Function, class... Args>
  explicit thread(Function&& f, Args&&... args);
  
  thread(thread&& other) noexcept;
  

  • 새 쓰레드 개체를 만든다

  std::thread emptyThread;
  std::thread printThread(PringMessage, 10);        // void PrintMessage(int count);
  
  std::thread movedThread(std::move(printThread));  // OK. printThread는 더 이상 쓰레드가 아님
  

  std::thread::join()

  void join();
  

  • 쓰레드 개체가 끝날 때까지 현재 쓰레드를 멈춰 놓는다
  • 이 함수를 호출한 후 쓰레드 개체를 안전하게 소멸시킬 수 있음

  std::thread thread(PrintMessage);     // void PrintMessage() {};
  thread.join();
  

  std::thread::get_id()

  std::thread::id get_id() const noexcept;
  

  • 쓰레드 ID를 반환한다

  std::thread thread(PrintMessage);     // void PrintMessage() {};
  std::thread::id threadID = thread.get_id();
  

  std::thread::detach()

  void detach();
  

  • 쓰레드 개체에서 쓰레드를 떼어 낸다
  • 떼어진 쓰레드는 메인 쓰레드와 무관하게 독립적으로 실행됨

  std::thread thread(PrintMessage);     // void PrintMessage() {};
  thread.detach();
  

  std::thread::joinable()

  bool joinable() const noexcept;
  

  • 쓰레드가 실행 중인 활성 쓰레드인지 아닌지 확인한다

  std::thread thread(PrintMessage);     // void PrintMessage() {};
  if(therad.joinable())
  {
    // ...
  }
  

  std::ref()

  template<class T>
  std::reference_wrapper<T> ref(T& t) noexcept;
  

  • T의 참조를 내포한 reference_wrapper 개체를 반환한다
  • 헤더에 정의돼 있음
    • 를 인클루드하면, 을 인클루드할 필요 없음

  // void Sum(const std::vector<int>& list, int& result);
  std::thread thread(Sum, list, std::ref(result));
  

  std::this_thread::sleep_for()

  template<class Rep, class Period>
  void sleep_for(const std::chrono::duration<Rep, Period>& sleep_duration);
  

  • 최소 sleep_duration만큼의 시간 동안 현재 쓰레드의 실행을 멈춘다

  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  

  std::this_thread::yield()

  void yield() noexcept;
  

  • sleep과 비슷하나, sleep이 쓰레드를 일시 정지 상태로 바꾸는 반면, yiled는 계속 실행 대기 상태
  • sleep_for(std::chrono::seconds(0)) 대신 yield()를 사용하는 것이 좋다
    • sleep같은 경우 쓰레드를 멈추고 다시 가동하는 순간에 오버헤드가 생기고 느려진다

  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  

  std::mutex 생성자

  1. constexpr mutex() noexcept;
  2. mutex(const mutex&) = delete;
  

  1. 뮤텍스를 만든다
  2. 복사 생성자는 delete 처리됨

  std::mutex mutex;
  

  std::mutex::lock()

  void lock();
  

  • 뮤텍스를 잠근다
  • 동일한 쓰레드에서 두 번 잠그면 데드락(deadlock) 발생
    • 꼭 그렇게 해야 된다면, std::recursive_mutex를 사용

  std::mutex mutex;
  
  mutex.lock();
  

  std::mutex::unlock()

  void unlock();
  

  • 뮤텍스 잠금을 푼다
  • 현재 쓰레드에서 잠긴 적이 없을 때의 행동은 정의되지 않음

  std::mutex mutex;
  
  mutex.lock();
  mutex.unlock();
  

  std::scoped_lock()

  template<class... MutexTypes>
  class scoped_lock;
  

  • 매개변수로 전달된 뮤텍스(들)을 내포하는 개체를 만듬
  • 개체 생성시에 뮤텍스를 잠그고 범위(scope)를 벗어나 소멸될 때 품
  • 데드락을 방지
  • C++14의 경우, std::lock_guard를 사용할 수 있으나 이 때는 뮤텍스를 하나만 전달 가능

  std::scoped_lock<std::mutex> lock(mutex);
  std::scoped_lock<std::mutex, std::mutex> locks(mutex1, mutex2);
  std::scoped_lock<std::mutex, std::mutex, std::mutex> locks(mutex1, mutex2, mutex3);
  

  std::condition_variable()

  • 이벤트 개체
  • 신호를 받을 때까지 현재 쓰레드의 실행을 멈춤
  • notify_one(), notify_all()
    • 멈춰 놓은 쓰레드 하나 또는 전부를 다시 실행시킴
  • wait(), wait_for(), wait_until()
    • 조건 변수의 조건을 충족시킬때까지 또는 일정 시간 동안 현재 쓰레드의 실행을 멈춤
  • std::unique_lock을 사용해야 함

  std::unique_lock

  • 기본적으로 scoped lock
  • 생성시에 lock을 잠그지 않을 수도 있음(두 번째 매개변수로 std::defer_lock을 전달할 것)
  • std::recursive_mutex와 함께 써서 재귀적으로 잠글 수 있음
  • 조건 변수에 쓸 수 있는 유일한 lock

  std::scoped_lock<std::mutex> lock(mutex);
  std::scoped_lock<std::mutex, std::mutex> locks(mutex1, mutex2);
  std::scoped_lock<std::mutex, std::mutex, std::mutex> locks(mutex1, mutex2, mutex3);
  

  std::condition_variable::wait()

  1. void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock);
    
  2. template<class Predicate>
  2. void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred);
  

  • 현재 쓰레드 뮤텍스의 잠금을 풀고 notify_one() 또는 notify_all()을 기다린다
  • 깨어나면, 뮤텍스를 다시 잠근다

  • ntiofy_xxx()가 wait()보다 먼저 호출되면, 해당 쓰레드는 영원히 기다린다

  • 2번째 경우
  • 아래와 같음

    while (!pred())
    {
        wait(lock);
    }
    

  • 두가지 용도로 사용
    • 잘못 깨어날 위험을 줄임
    • pred()는 잠긴 두 쓰레드 모두에서 접근할 수 있는 bool 변수의 역할을 함
  • lock만 쓰는 것은 충분하지 않음

    sEvent.wait(lock);
    

  • 조건변수가 신호(signal)을 받기 전에 대기 상태에 들어가는 것을 보장할 수 없다면 항상 bool 조건과 lock을 같이 사용할 것

    sEvent.wait(lock, [] { return !sQueue.empty(); });
    

참조

포큐아카데미 C++ 언매니지드 프로그래밍

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💻 열심히 공부해서 작성 중이니 오류나 틀린 부분이 있을 경우 
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