C++的可移植性和跨平台开发[6]：多线程

　　最近一个多月写的帖子比较杂，导致本系列又好久没更新了。结果又有网友在评论中催我了，搞得我有点囧。今天赶紧把多线程篇补上。上次聊操作系统 的时候，由于和OS有关的话题比较琐碎，杂七杂八说了一大堆。当时一看篇幅有点长，就把多进程和多线程的部分给留到后面了。<!-- program-think-->

　　★编译器
　　◇关于C运行库选项
　　先来说一个很基本的问题：关于C运行库（后面简称CRT：C Run-Time）的设置。本来不想聊这么低级的问题，但周围有好几个人都在这个地方吃过亏，所以还是讲一下。
　　大部分C++编译器都会自带有CRT（可能还不止一个）。某些编译器自带的CRT可能会根据线程的支持分为单线程CRT和多线程CRT两类。当你要进行多线程开发的时候，别忘了确保相关的C++工程项目使用的是多线程的CRT。否则会死得很难看。
　　尤其当你使用Visual C++创建工程项目，更加要小心。如果新建的工程项目是不含MFC的（包括Console工程和Win32工程），那工程的默认设置会是使用“单线程CRT”，如下图所示：

　　◇关于优化选项
　　“优化选项”是另一个很关键的编译器相关话题。有些编译器提供号称很牛X的优化选项，但是某些优化选项可能会有潜在的风险。编译器可能自作主张打乱执行指令的顺序，从而导致出乎意料的线程竞态问题（Race Condition，详细解释看“这里 ”）。刘未鹏同学在“C++多线程内存模型 ”里举了几个典型的例子，大伙儿可以去瞧一瞧。
　　建议只使用编译器常规的速度优化选项即可。其它那些花哨的优化选项，增加的效果未必明显，但是潜在的风险不小。实在不值得冒险。
　　以GCC为例：建议用-O2 选项即可（其实-O2 是一堆选项的集合），没必要冒险用-O3 （除非你有很充足的理由）。除了-O2 和-O3 之外，GCC还有一大坨（估计有上百个）其它的优化选项。如果你企图用当中的某个选项，一定要先把它的特性、可能的副作用都摸清楚，否则将来死都不知道怎么死的。

　　★线程库的选择
　　由于当前的C++ 03标准几乎没有涉及线程相关的内容（即使将来C++ 0x包含了线程的标准库，编译器厂商的支持在短期内也未必全面），所以在未来很长的一段时间，跨平台的多线程支持还是要依赖第三方库。所以线程库的选择是大大滴重要。下面大致介绍一下几个知名的跨平台线程库。
　　◇ACE
　　先说一下ACE这个历史悠久的库。如果你之前从未接触过它，先看“这里 ”扫盲。从ACE的全称（Adaptive Communication Environment）来看，它应该是以“通讯”为主业。不过ACE对“多线程”这个副业的支持还是非常全面的，比如互斥锁（ACE_Mutex）、条件变量（ACE_Condition）、信号量（ACE_Semaphore）、栅栏（ACE_Barrier）、原子操作（ACE_Atomic_Op）等等。对某些类型比如ACE_Mutex还细分为线程读写锁（ACE_RW_Thread_Mutex）、线程递归锁（ACE_Recursive_Thread_Mutex）等等。
　　除了支持很全面，ACE还有另一个很明显的优点，就是对各种操作系统平台及其自带的编译器支持很好。包括一些老式的编译器（比如VC6），它也能够支持（此处所说的支持 ，不光是能编译通过，而且要能稳定运行）。这个优点对于跨平台开发那是相当相当滴明显。
　　那缺点捏？由于ACE开工的年头很早（大概是上世纪九十年代中期），那会儿很多C++的老特性都还没出来（更别提新特性了），所以感觉ACE整个的风格比较老气，远不如boost那么时髦前卫。
　　◇boost::thread
　　boost::thread正好和ACE形成鲜明对照。这玩意貌似从boost 1.32版本开始引入，年头比ACE短。不过得益于boost里一帮大牛的支持，发展还是蛮快的。到目前的boost 1.38版本，也能够支持许多特性了（不过似乎没ACE多）。鉴于很多C++标准委员会的成员云集在boost社区中，随着时间的推 移，boost::thread终将成为C++线程的明日之星，前途无量啊！
　　boost::thread的缺点就是支持的编译器不够多，尤其是一些老式 编译器（很多boost的子库都有此问题，多半因为用了一些高级的模板语法）。这对于跨平台而言一个比较明显的问题。
　　◇wxWidgets 和QT
　　wxWidgets和QT都是GUI界面库，但是它们也都内置和对线程的支持。wxWidgets线程的简介可以看“这里 ”，关于QT线程的简介可以看“这里 ”。这两个库对线程的支持差不多，都提供了诸如mutex、condition、semaphore等常用的机制。不过特性没有ACE丰富。
　　◇如何权衡
　　对于开发GUI软件并已经用上了wxWidgets或者QT，那你可以直接用它们内置的线程库（前提是你只用到基本的线程功能）。由于它们内置的线程库，特性稍嫌单薄。万一你需要某高级的线程功能，那得考虑替换成boost::thread或ACE。
　　至于boost::thread和ACE的取舍，主要得看软件的需求了。如果你要支持的平台挺多挺杂，那建议选用ACE，以免碰上编译器不支持的问题。如果你只需要支持少数几个主流的平台（比如Windows、Linux、Mac），那建议用boost::thread。毕竟主流操作系统上的编译器，对boost的支持还是蛮好的。

　　★编程上的注意事项
　　其实多线程开发，需要注意的地方挺多的，我只能大致列几个印象比较深的注意事项。
　　◇关于volatile
　　说到多线程编程可能碰到的陷阱，那就不得不提到volatile 关键字。如果你对它还不甚了解，先看“这里 ”扫盲一下。由于C++ 98和C++ 03标准都没有定义多线程的内存模型，而标准中也就volatile 和线程沾点儿边。结果导致C++社区中有相当多的口水都集中在volatile 身上（其中有不少C++大牛的口水）。有鉴于此，我这里就不再多啰嗦了。推荐几个大牛的文章：Andrei Alexandrescu 的文章“这里 ”、还有Hans Boehm的文章“这里 ”和“这里 ”。大伙儿自个儿去拜读一下。
　　◇关于原子操作
　　有些同学光知道多个线程的竞争写 需要加锁，却不知道多个读 单个写 也需要保护。比如有某个整数int nCount = 0x01020304；在并发状态下，一个写线程去修改它的值nCount = 0x05060708；另一个读线程去获取该值。那么读线程有没有可能读取到一个“坏”的（比如0x05060304）数据捏？
　　数据是否坏掉，取决于对nCount的读和写是否属于原子操作。而这就依赖于很多硬件相关的因素了（包括CPU的类型、CPU的字长、内存对齐的字节数等）。在某些情况下，确实可能出现数据坏掉。
　　由于我们讨论的是跨平台的开发，天晓得将来你的代码会在啥样的硬件环境下执行。所以在处理类似问题的时候，还是要用第三方库提供的原子操作类/函数（比如ACE的Atomic_Op）来确保安全。
　　◇关于对象的析构
　　在之前的系列帖子“C++对象是怎么死的？ ”里面，已经分别介绍了Win32平台和Posix平台下线程的非 自然死亡问题。由于上述几个跨平台的线程库底层还是要调用操作系统自带的线程API，所以大伙儿还是要尽最大努力确保所有 线程都能够自然死亡。

　　今天的话题就聊到这里，下一次聊多进程的话题。

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