C++并发编程实战 基于C++11新标准的并发和多线程编程深度指南 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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威廉姆斯 著

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• 并发模型
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店铺： 慧谷图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115387325

商品编码：12172549426

包装：平装

开本：16

出版时间：2015-06-01

 

内容简介

　

　　《C++并发编程实战》是一本基于C++11新标准的并发和多线程编程深度指南。内容包括从std：：thread、std：：mutex、std：：future和std：：async等基础类的使用，到内存模型和原子操作、基于锁和锁数据结构的构建，再扩展到并行算法、线程管理，最后还介绍了多线程代码的测试工作。本书的附录部分还对C++11新语言特性中与多线程相关的项目进行了简要的介绍，并提供了C++11线程库的完整参考。
　　《C++并发编程实战》适合于需要深入了解C++多线程开发的读者，以及使用C++进行各类软件开发的开发人员、测试人员。对于使用第三方线程库的读者，也可以从本书后面的章节中了解到相关的指引和技巧。同时，本书还可以作为C++11线程库的参考工具书。

作者简介

　

　　周全，软件工程师，毕业于中国科学技术大学信息学院，现任职于中国人民银行合肥中心支行科技处。从事.NET开发多年，有较为丰富的系统集成和运维经验，对虚拟化也有较深入的研究。可以通过email与他联系。

　　宋真真，网络工程师，2008年毕业于合肥工业大学计算机与信息学院，现任职于中国人民银行合肥中心支行科技处，参与软件开发、项目管理等工作，爱好数据库、编程等研究。可以通过email与她联系。

　　梁娟娟，2010年毕业于中国科学技术大学信息技术学院，现就职于中国人民银行合肥中心支行。

　　许敏，软件工程师，2005年获得软件测试工程师证书。现任职于中国人民银行合肥中心支行科技处，负责项目管理工作。可以通过Email与她联系。

目录

　　

第1章 你好，C++并发世界 1 
1．1 什么是并发 2 
1．1．1 计算机系统中的并发 2 
1．1．2 并发的途径 3 
1．2 为什么使用并发 5 
1．2．1 为了划分关注点而使用 
并发 5 
1．2．2 为了性能而使用并发 6 
1．2．3 什么时候不使用并发 7 
1．3 在C++中使用并发和 
多线程 8 
1．3．1 C++多线程历程 8 
1．3．2 新标准中的并发支持 9 
1．3．3 C++线程库的效率 9 
1．3．4 平台相关的工具 10 
1．4 开始入门 11 
1．5 小结 12 
第2章 管理线程 13 
2．1 基本线程管理 13 
2．1．1 启动线程 14 
2．1．2 等待线程完成 16 
2．1．3 在异常环境下的等待 17 
2．1．4 在后台运行线程 19 
2．2 传递参数给线程函数 20 
2．3 转移线程的所有权 23 
2．4 在运行时选择线程 
数量 26 
2．5 标识线程 28 
2．6 小结 29 
第3章 在线程间共享数据 31 
3．1 线程之间共享数据的 
问题 32 
3．1．1 竞争条件 33 
3．1．2 避免有问题的竞争 
条件 34 
3．2 用互斥元保护共享 
数据 35 
3．2．1 使用C++中的互斥元 35 
3．2．2 为保护共享数据精心组织 
代码 36 
3．2．3 发现接口中固有的竞争 
条件 38 
3．2．4 死锁：问题和解决方案 44 
3．2．5 避免死锁的进一步 
指南 46 
3．2．6 用std：：unique_lock灵活 
锁定 51 
3．2．7 在作用域之间转移锁的 
所有权 52 
3．2．8 锁定在恰当的粒度 54 
3．3 用于共享数据保护的替代工具 56 
3．3．1 在初始化时保护共享 
数据 56 
3．3．2 保护很少更新的数据 
结构 59 
3．3．3 递归锁 61 
3．4 小结 62 
第4章 同步并发操作 63 
4．1 等待事件或其他条件 63 
4．1．1 用条件变量等待条件 65 
4．1．2 使用条件变量建立一个 
线程安全队列 67 
4．2 使用future等待一次性 
事件 71 
4．2．1 从后台任务中返回值 72 
4．2．2 将任务与future相关联 74 
4．2．3 生成(std：：)promise 77 
4．2．4 为future保存异常 79 
4．2．5 等待自多个线程 80 
4．3 有时间限制的等待 82 
4．3．1 时钟 83 
4．3．2 时间段 84 
4．3．3 时间点 85 
4．3．4 接受超时的函数 86 
4．4 使用操作同步来简化 
代码 88 
4．4．1 带有future的函数式 
编程 88 
4．4．2 具有消息传递的同步 
操作 92 
4．5 小结 96 
第5章 C++内存模型和原子 
类型上操作 97 
5．1 内存模型基础 98 
5．1．1 对象和内存位置 98 
5．1．2 对象、内存位置以及 
并发 99 
5．1．3 修改顺序 100 
5．2 C++中的原子操作及 
类型 100 
5．2．1 标准原子类型 101 
5．2．2 std：：atomic_flag上的 
操作 103 
5．2．3 基于std：：atomic的 
操作 105 
5．2．4 std：：atomic上的操作：指针算术运算 107 
5．2．5 标准原子整型的 
操作 108 
5．2．6 std：：atomic<>初级类 
模板 109 
5．2．7 原子操作的自由函数 111 
5．3 同步操作和强制 
顺序 112 
5．3．1 synchronizes-with 
关系 114 
5．3．2 happens-before关系 114 
5．3．3 原子操作的内存 
顺序 116 
5．3．4 释放序列和 
synchronizes-with 133 
5．3．5 屏障 135 
5．3．6 用原子操作排序非原子 
操作 137 
5．4 小结 138 
第6章 设计基于锁的并发 
数据结构 140 
6．1 为并发设计的含义是 
什么 141 
6．2 基于锁的并发数据 
结构 142 
6．2．1 使用锁的线程 
安全栈 142 
6．2．2 使用锁和条件变量的线程 
安全队列 145 
6．2．3 使用细粒度锁和条件变量的线程安全队列 149 
6．3 设计更复杂的基于锁的 
数据结构 160 
6．3．1 编写一个使用锁的线程 
安全查找表 160 
6．3．2 编写一个使用锁的线程 
安全链表 165 
6．4 小结 169 
第7章 设计锁的并发数据 
结构 170 
7．1 定义和结果 171 
7．1．1 非阻塞数据结构的 
类型 171 
7．1．2 锁数据结构 172 
7．1．3 等待的数据结构 172 
7．1．4 锁数据结构的优点与 
缺点 172 
7．2 锁数据结构的 
例子 173 
7．2．1 编写不用锁的线程 
安全栈 174 
7．2．2 停止恼人的泄漏：在锁数据结构中管理内存 178 
7．2．3 用风险指针检测不能被 
回收的结点 182 
7．2．4 使用引用计数检测 
结点 189 
7．2．5 将内存模型应用至 
锁栈 194 
7．2．6 编写不用锁的线程安全 
队列 198 
7．3 编写锁数据结构的 
准则 209 
7．3．1 准则：使用std：：memory_order_ 
seq_cst作为原型 210 
7．3．2 准则：使用锁内存回收 
模式 210 
7．3．3 准则：当心ABA问题 210 
7．3．4 准则：识别忙于等待的循环以及辅助其他线程 211 
7．4 小结 211 
第8章 设计并发代码 213 
8．1 在线程间划分工作的 
技术 214 
8．1．1 处理开始前在线程间划分 
数据 214 
8．1．2 递归地划分数据 215 
8．1．3 以任务类型划分 
工作 219 
8．2 影响并发代码性能的 
因素 222 
8．2．1 有多少个处理器 222 
8．2．2 数据竞争和乒乓 
缓存 223 
8．2．3 假共享 225 
8．2．4 数据应该多紧密 225 
8．2．5 过度订阅和过多的任务 
切换 226 
8．3 为多线程性能设计数据 
结构 226 
8．3．1 为复杂操作划分数组 
元素 227 
8．3．2 其他数据结构中的数据 
访问方式 228 
8．4 为并发设计时的额外 
考虑 230 
8．4．1 并行算法中的异常 
安全 230 
8．4．2 可扩展性和阿姆达尔 
定律 237 
8．4．3 用多线程隐藏延迟 238 
8．4．4 用并发提高响应性 239 
8．5 在实践中设计并发 
代码 241 
8．5．1 std：：for_each的并行 
实现 241 
8．5．2 std：：find的并行实现 243 
8．5．3 std：：partial_sum的并行 
实现 248 
8．6 总结 256 
第9章 高级线程管理 258 
9．1 线程池 259 
9．1．1 简单的线程池 259 
9．1．2 等待提交给线程池的 
任务 261 
9．1．3 等待其他任务的 
任务 265 
9．1．4 避免工作队列上的 
竞争 267 
9．1．5 工作窃取 269 
9．2 中断线程 273 
9．2．1 启动和中断另一个 
线程 274 
9．2．2 检测一个线程是否被 
中断 275 
9．2．3 中断等待条件变量 276 
9．2．4 中断在std：：condition_variable_ any上的等待 279 
9．2．5 中断其他阻塞调用 281 
9．2．6 处理中断 281 
9．2．7 在应用退出时中断后台 
任务 282 
9．3 总结 284 
第10章 多线程应用的测试与 
调试 285 
10．1 并发相关错误的 
类型 285 
10．1．1 不必要的阻塞 286 
10．1．2 竞争条件 286 
10．2 定位并发相关的错误的 
技巧 288 
10．2．1 审阅代码以定位潜在的 
错误 288 
10．2．2 通过测试定位并发相关的 
错误 290 
10．2．3 可测试性设计 291 
10．2．4 多线程测试技术 292 
10．2．5 构建多线程的测试 
代码 295 
10．2．6 测试多线程代码的 
性能 297 
10．3 总结 298 
附录A 附录A C++11部分 
语言特性简明 
参考 299 
附录B 并发类库

探秘 C++ 的并行世界：驾驭现代多线程编程 在当今软件开发的浪潮中，单核处理器的时代已然远去，多核处理器成为主流。这股不可逆转的硬件趋势，对软件的设计和实现提出了全新的挑战与机遇。如何充分利用多核的强大计算能力，实现程序的并行执行，以提升效率、响应速度和用户体验，已经成为每一个 C++ 开发者必须面对的课题。本书旨在为您揭开 C++ 并发编程的神秘面纱，从理论基础到实践技巧，带您深入理解并熟练掌握基于 C++11 及后续标准的新一代并发和多线程编程范式。 我们理解，在 C++ 的世界里，并发并非一个新鲜的概念，但 C++11 标准的推出，无疑为这一领域注入了前所未有的活力与规范。它不仅引入了一套标准化的并发模型和工具，更以一种系统化的方式，让多线程编程不再是少数“特权”程序员才能驾驭的复杂技术，而是能够被广大开发者所理解和应用的强大武器。本书正是紧密围绕 C++11 及以上版本的特性展开，为您提供一套清晰、系统、且高度实用的学习路径。 核心概念的深度剖析：夯实并发编程的基石 并发编程的首要任务是建立坚实的概念基础。本书将从最基础的线程模型讲起，深入探讨进程与线程的区别与联系，以及它们在操作系统中的运行机制。我们将详细解析线程的生命周期，包括线程的创建、销毁、就绪、运行、阻塞和终止等各个状态的转换过程，并通过直观的示例代码，帮助您理解线程是如何在多个 CPU 核心上“同时”运行的。 随后，我们将聚焦于并发编程中最具挑战性的部分——共享资源的访问控制。多线程环境下，多个线程同时访问和修改同一份数据，极易引发数据竞争（Data Race）等难以调试的错误。为了解决这一问题，本书将系统介绍 C++ 标准库提供的强大同步原语，包括： 互斥量（Mutexes）： 深入讲解 `std::mutex` 和 `std::lock_guard`、`std::unique_lock` 等 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）封装，阐释如何通过锁定机制来保证临界区代码的互斥访问，避免数据冲突。我们将对比不同互斥量类型的特性，以及它们在不同场景下的适用性。 条件变量（Condition Variables）： 学习如何利用 `std::condition_variable` 实现线程间的协作与通信。当某个线程需要等待特定条件满足时，它可以释放锁并进入睡眠状态，等待其他线程在条件满足时唤醒它。我们将通过生产者-消费者模型等经典案例，生动展示条件变量在解决复杂同步问题中的威力。 原子操作（Atomics）： 探索 C++11 引入的 `std::atomic` 类型，它提供了一种无需互斥锁即可进行安全、高效的内存操作的方式。本书将详细介绍各种原子操作的语义（顺序一致性、释放-获取等），以及它们在实现高性能并发数据结构和算法中的关键作用。我们将通过实际例子，展示原子操作如何避免死锁和提高性能。 除了上述核心同步机制，本书还将深入讲解其他重要的并发概念： 内存模型（Memory Model）： 理解 C++11 内存模型对于正确编写并发程序至关重要。我们将剖析内存序（Memory Ordering）的概念，讲解不同内存序的含义和影响，以及它们如何影响编译器和处理器对指令的重排序。这将帮助您写出在各种硬件平台上都能正确运行的并发代码，避免因处理器乱序执行而产生的微妙错误。 Futures 和 Promises： 学习如何使用 `std::future` 和 `std::promise` 来管理异步操作的结果。这是一种声明式的方式，让您能够更方便地获取异步任务的返回值，或者在任务完成时通知等待的线程。我们将展示如何通过 `std::async` 简化异步任务的启动和结果获取。 Tasks 和 Threads： 详细介绍 `std::thread` 的使用，包括线程的创建、启动、加入（join）和分离（detach）。我们将深入探讨线程管理的最佳实践，以及如何避免常见的线程管理陷阱。 实际应用与模式：将理论转化为实践 掌握了并发编程的核心概念和工具，下一步就是将其应用于实际场景，解决复杂问题。本书将通过大量精心设计的实例，将理论知识与实际开发相结合，引导您逐步掌握各种并发编程模式和技巧。 经典并发模式： 生产者-消费者模式： 通过队列等数据结构，演示如何实现生产者线程生产数据，消费者线程消费数据的经典模式，并讲解如何使用互斥量和条件变量来确保线程安全和高效的协调。 读写锁模式： 探讨 `std::shared_mutex`（C++17 标准引入），它允许多个线程同时读取共享数据，但只允许一个线程写入。我们将分析读写锁的适用场景和性能优势。 线程池： 学习如何构建一个高效的线程池，以复用线程，减少线程创建和销毁的开销，提高程序整体的吞吐量。我们将从零开始构建一个简单的线程池，并讨论其优化方案。 Future-based 异步任务： 再次强调 `std::async` 的强大之处，通过更复杂的异步任务组合，展示如何构建响应迅速的用户界面和高性能的后台服务。 并行算法与数据结构： 并行STL算法： 随着 C++ 标准的不断发展，STL（Standard Template Library）也逐步引入了对并行算法的支持。本书将介绍如何利用并行 STL 算法（如 `std::for_each` 的并行版本，如果可用）来加速对大型数据集的操作，例如排序、搜索和转换等。 并发容器： 探讨 C++ 标准库中一些线程安全的数据结构，例如 `std::unordered_map` 或 `std::vector` 在配合适当的同步机制使用时，如何实现线程安全。我们也将触及一些第三方库提供的更高级的并发容器。 异常处理与调试： 并发环境下的异常处理： 并发程序中的异常处理比单线程程序更为复杂。本书将指导您如何正确处理线程中的异常，以及如何在异步操作中捕获和传播异常。 调试并发程序： 并发程序的调试是出了名的困难。本书将分享一套行之有效的调试策略和工具，帮助您定位和解决数据竞争、死锁、竞态条件等棘手的并发问题。我们将介绍一些常用的调试技巧，例如使用断点、日志记录、以及专门的并发调试工具。 进阶主题与最佳实践：走向精通 在掌握了并发编程的基础和常用模式之后，本书还将带领您探索更深入的进阶主题，帮助您写出更健壮、更高效、更易于维护的并发代码。 性能优化： 避免不必要的锁： 详细分析锁的开销，以及如何通过更细粒度的锁、无锁数据结构或原子操作来减少锁的竞争，提升性能。 线程局部存储（Thread-Local Storage）： 学习如何使用 `thread_local` 关键字，为每个线程提供独立的变量副本，避免线程间的共享和同步开销。 CPU 缓存与伪共享（False Sharing）： 深入理解 CPU 缓存的工作原理，以及伪共享如何影响并发程序的性能，并提供相应的规避策略。 现代 C++ 特性： Lambda 表达式与并发： Lambda 表达式是 C++11 的一大亮点，本书将展示如何利用 Lambda 表达式来简化并发任务的编写，提高代码的可读性和灵活性。 智能指针与线程安全： 探讨 `std::shared_ptr` 和 `std::unique_ptr` 在并发环境下的使用注意事项，以及如何确保智能指针的线程安全。 C++20 及后续标准中的并发新特性： 展望 C++ 未来标准在并发编程领域可能带来的新特性和改进，让您的知识保持前沿。 并发设计的原则与模式： Actor 模型： 介绍 Actor 模型作为一种高度可扩展的并发模型，它通过消息传递而非共享内存来实现通信，从而简化了并发编程的复杂性。 CSP (Communicating Sequential Processes)： 讨论 CSP 模型，以及它如何通过通道（Channel）来实现并发进程之间的通信。 设计可扩展且易于维护的并发系统： 总结一套行之有效的并发设计原则，包括如何分解问题、如何抽象并发逻辑、如何进行测试和重构等，帮助您构建健壮且长期的并发解决方案。 学习本书，您将获得： 扎实的理论基础： 深刻理解 C++ 并发编程的核心概念、内存模型和同步机制。 实用的技能： 熟练掌握 C++11 及以上标准提供的并发工具，并能灵活应用于各种实际场景。 解决复杂问题的能力： 能够独立设计、实现和调试复杂的并发程序。 提升代码性能与健壮性： 写出更高效、更稳定、更能应对多核环境的 C++ 代码。 前沿的知识： 了解最新的 C++ 并发编程技术和最佳实践。 无论您是希望提升现有 C++ 项目的性能，还是打算开发高性能的并发应用程序，本书都将是您不可或缺的学习伙伴。让我们一起踏上这段激动人心的 C++ 并发编程之旅，驾驭现代处理器的强大力量，创造更智能、更高效的软件！

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对并发编程都抱着一种又爱又恨的态度。爱它的强大和带来的性能提升，恨它的复杂和难以驾驭。在我开发生涯的某个阶段，我遇到了一个瓶颈，无论我如何优化单线程的逻辑，性能都难以突破。在朋友的推荐下，我开始阅读这本书。这本书给我的最大感受是“条理清晰”。作者没有一股脑地把所有东西都抛出来，而是循序渐进，先介绍基础，再过渡到复杂。书中对于锁的使用时机、锁的粒度、以及如何避免死锁的讲解，让我受益匪浅。我特别喜欢其中一个章节，专门讨论了如何选择合适的同步原语，并且给出了各个原语的优缺点对比，这对我来说非常实用。读完这本书，我感觉自己能够更自信地在项目中应用并发技术，并且能够更好地进行性能调优。强烈推荐给所有希望提升C++并发编程能力的朋友。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚从学校毕业不久的程序员，在学校里接触过一些多线程的理论知识，但真正到实际项目中应用时，总感觉力不从心。这本书的语言风格很平实，没有过多华丽的辞藻，但每一个字都透露着作者扎实的功底。它从最基础的线程创建和管理开始，逐步引导读者理解线程同步、互斥、条件变量等核心概念，并结合大量的实际应用场景进行讲解。我特别欣赏书中的“实战”部分，它通过解决一些典型的并发问题，例如生产者-消费者模型、线程池的实现等，让我能够直观地感受到理论知识在实践中的应用。书中的代码示例也写得非常规范，易于理解和修改。读这本书的过程中，我感觉自己不再是被动地学习，而是主动地去思考和解决问题。这本书为我打下了坚实的多线程编程基础，让我对接下来的工作充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始拿到这本书，我对它并没有抱太大的期望，以为又是一本充斥着理论但缺乏实践的“空中楼阁”。然而，这本书的深度和广度完全超出了我的预期。它不仅仅是停留在C++11标准库的表面介绍，而是深入剖析了底层实现原理，例如原子操作的实现机制，以及不同平台下的线程模型差异。作者还花了相当大的篇幅讲解了现代C++中关于内存模型和顺序一致性的概念，这部分内容对我来说是全新的，但作者通过图文并茂的方式，以及一系列精心设计的实验性代码，让我对这些抽象的概念有了清晰的认识。更令人惊喜的是，书中还涉及了一些更高级的主题，比如如何利用并发来优化I/O密集型和CPU密集型任务，以及一些与分布式系统相关的并发挑战。这本书绝对是为那些想在并发编程领域“挖深”的开发者准备的，它能让你对C++的并发能力有更深刻、更全面的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的救星！最近在做一个需要高性能处理的项目，数据并发访问简直让我焦头烂额。以前用C++写多线程，总是小心翼翼，生怕一个不留神就出现死锁或者竞态条件，调试起来更是痛苦不堪。偶然间发现了这本书，光看目录就觉得很有希望。它深入浅出地介绍了C++11引入的并发特性，比如`std::thread`、`std::mutex`、`std::condition_variable`等等，讲解得非常细致，每一个概念都配有清晰的代码示例，并且解释了为什么这样设计，背后的原理是什么。我尤其喜欢它在讲解如何避免常见的并发陷阱时，给出了非常实用的技巧和模式，让我一下子豁然开朗。读完之后，我感觉自己对多线程编程的理解提升了一个档次，不再是“知其然”而是“知其所以然”。现在我能够更有信心地设计和实现并发系统，项目进度也明显加快，bug数量也大大减少。对于任何想要在C++领域深入掌握并发编程的开发者来说，这本书绝对是不可或缺的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

这本书的质量之高，让我忍不住要写下评价。作者对C++11并发特性的理解可谓是“炉火纯青”。他不仅能够准确地描述每一个特性的功能，更能深入地挖掘其背后的设计哲学和潜在的陷阱。我尤其欣赏书中关于“RAII（Resource Acquisition Is Initialization）”在并发编程中的应用，以及如何将其与锁相结合，编写出更安全、更易于维护的代码。书中还提供了一些关于单元测试并发代码的建议，这在实际开发中非常具有指导意义，因为并发程序的测试往往比单线程程序要困难得多。此外，作者在讲解过程中，时不时会穿插一些他在实际项目中遇到的挑战和解决方案，这让内容更加生动和贴近实际。总而言之，这本书是一本集理论深度、实践指导和工程经验于一体的优秀著作，是C++并发编程领域的必读之作。