C++并发编程实战.pdf

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书籍描述

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、基于锁和无锁数据结构的构建,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。

编辑推荐
基于C++11新标准的并发和多线程编程深度指南,帮助你循序渐进地学习用C++11编写健壮且优雅的多线程应用程序。
针对C++11新标准编写代码;针对多核多处理器编写程序;用于学习的小例子,用于实践的大例子。
如果你打算用C++编写多线程代码,你就应该阅读本书。如果你正要使用C++标准库中新的多线程工具,这本书是必备的指南。如果你正使用替代的线程库,后面几章中的指引和技巧应该也是有用的。

具有多核的多处理器现已成为标配。C++语言的C++11版本为多线程应用程序提供了强大的支持,你需要掌握其原理、技巧以及新的并发语言特性,才能独领风骚。
本书帮助你循序渐进地学习用C++11编写健壮且优雅的多线程应用程序。你将学习线程内存模型、新的线程支持库,以及基础的线程启动和同步功能。与此同时,你还将学到如何解决并发应用程序中的棘手问题。

本书具有以下特色:
针对C++11新标准编写代码;
针对多核多处理器编写程序;
用于学习的小例子,用于实践的大例子。
本书适合新接触并发编程的C++程序员,以及曾经使用别的语言、API或平台编写过多线程代码的程序员阅读。

媒体推荐
“有思想、有深度的指南,从专业人士那儿来的第一手资料。”
——Neil Horlock,Credit Suisse

“简化了C++多线程的黑魔法”。
—Rick Wagner,Red Hat

“读这本书让我头痛,但痛定思痛”。
—Joshua Heyer,Ingersoll Rand

“作者展示了如何将并发变为现实。”
—Roger Orr,OR/2 Limited

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: spadeq@live.com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: hfut_szz@sina.com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: xu_min@sina.com与她联系。

目录
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
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 设计无锁的并发数据
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 无锁数据结构 172
7.1.3 无等待的数据结构 172
7.1.4 无锁数据结构的优点与
缺点 172
7.2 无锁数据结构的
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:在无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
无锁栈 194
7.2.6 编写不用锁的线程安全
队列 198
7.3 编写无锁数据结构的
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:使用无锁内存回收
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 最简单的线程池 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

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