c++ 线程交叉场景试验

1.需求

1.处理一个列表的数据，要求按照列表的数据处理10个数据
2.可以使用多线程处理，但是针对每个线程，1~10的处理顺序不能变。
3.每个数据的处理必须原子，即只有一个线程可以针对某个数据进行处理，但是10个数据是可以由10个线程并行处理的。只是有前面的但线程内的处理顺序要求。

2.设计

设计一个处理的监控链，为每个数据定义一个线程监控的指针。
为每个线程定义一个激活指针，如果有人需要自己激活那么就通过该指针激活等待的线程。
比如线程1处理数据了，那么就把自己的指针设置给数据1的线程指针。
这时候如果线程2也想处数据1，会有两种情况，如下分别处理
情况1：数据没有任何线程锁定，那么按照线程1的方便处理数据1
情况2：线程1正在处理数据，那么我把我的指针设置给线程1的激活指针，同时把我的指针设置给数据1的线程指针。这时候如果有线程3要处理数据1，处理的方和我的处理方法相同。

类图如下：

3.代码

#include <iostream>  
#include <thread>  
#include <queue>
#include <mutex>  
#include <condition_variable>  
#include <atomic>  
#include <windows.h>  using namespace std;
class BoxDatas; 
class MyThred;
std::mutex printmtx;//数据处理对象
class Data
{
public:int id = 0;int count = 0;
};
class BoxData
{
public:Data data;BoxData(int id){data.id = id;}MyThred* handelThread = NULL;std::mutex mtx;
};//数据容器承担多线程的处理对数据的保护功能
class BoxDatas
{
public:static BoxDatas my;static BoxDatas getMy() {return my;}static const int max = 10;BoxDatas() {for (int i = 0; i < max; i++){bs[i] = new BoxData(i);}}BoxData* bs[max];//所有数据加工只都超过10可以结束线程bool isStop() {for (size_t i = 0; i < max; i++){if (bs[i]->data.count < 10) {return false;}}return true;}
};BoxDatas BoxDatas::my = BoxDatas();//线程承载类
class MyThred
{
public:int id;std::mutex mtx;std::condition_variable cv;std::atomic_bool ready = false;MyThred* p_next = nullptr;//构造函数MyThred(int id) {this->id = id;}//数据处理函数void funBox(BoxData* boxData) {DWORD threadId = GetCurrentThreadId();//如果已经有线程占用了，那么等待std::unique_lock<std::mutex> lock(boxData->mtx);//这个锁的目标是： boxData->handelThreadif (boxData->handelThread != NULL) {std::unique_lock<std::mutex> lock2(boxData->handelThread->mtx);//这个锁的目标是：handelThread->p_nextboxData->handelThread->p_next = this;boxData->handelThread = this;//lock2.unlock();lock.unlock();//cout <<"Thread id:"<< threadId <<"  data Id:" << boxData->data.id << "  wait \n";print(boxData->data.id, "wait");cv.wait(lock2);// 无条件激活等待的线程//cv.wait(lock2, [this](){ return ready.load(); }); // 等待直到ready为true  }else{boxData->handelThread = this;lock.unlock();}//cout << "Thread id:" << threadId << "  data Id :" << boxData->data.id << " exe \n";print(boxData->data.id,"exe");//数据处理dataProcessing(boxData->data);std::unique_lock<std::mutex> lock2(mtx);//这个锁的目标是：handelThread->p_next//处理完成后需要调用等待激活的线程if (p_next != nullptr) {p_next->activeThread();}else{std::unique_lock<std::mutex> lock3(boxData->mtx);//这个锁的目标是： boxData->handelThreadboxData->handelThread = nullptr;lock3.unlock();}lock2.unlock();}//数据处理逻辑void dataProcessing(Data& data) {//加一个延时填充线程执行占用的时间//std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));data.count++;DWORD threadId = GetCurrentThreadId();//cout << "Thread id:" << id << "  data Id:" << data.id <<"  data value:"<< data.count << "  value \n";print(data.id,"value", data.count);}void print(int dataId,std::string funType) {DWORD threadId = GetCurrentThreadId();std::unique_lock<std::mutex> lock(printmtx);cout << "Thread id:" << threadId << "  data Id:" << dataId << "  " << funType << "\n";lock.unlock();}void print(int dataId, std::string funType,int value) {DWORD threadId = GetCurrentThreadId();std::unique_lock<std::mutex> lock(printmtx);cout << "Thread id:" << threadId << "  data Id:" << dataId << "  data value:"<< value <<"  " << funType << "\n";lock.unlock();}//此线程激活void activeThread() {ready = true;cv.notify_one(); // 唤醒一个等待在cv上的线程（如果有的话）}//线程主函数void mainThread() {while (true){for(BoxData* bd : BoxDatas::getMy().bs){funBox(bd);}//如果完成了数据，那么退出if (BoxDatas::getMy().isStop()) {break;}}}//线程运行std::thread run() {return std::thread([this] {mainThread(); });}
};//入口函数
int main() {std::thread threads[5];//线程初始化for (int i = 0; i < 5; i++){MyThred thrend(i);threads[i] = thrend.run();}//防止程序提取退出for (size_t i = 0; i < 5; i++){threads[i].join();}std::cout << "Hello from thread!\n";return 0;
}

4.运行结果

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Thread id:15512  data Id:1  exe
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Thread id:19512  data Id:0  exe
Thread id:15512  data Id:2  exe
Thread id:9320  data Id:0  exe
Thread id:19512  data Id:0  data value:2  value
Thread id:15512  data Id:2  data value:1  value
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Thread id:10556  data Id:0  exe
Thread id:15512  data Id:3  exe
Thread id:9320  data Id:1  wait
Thread id:10556  data Id:0  data value:4  value
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Thread id:19512  data Id:1  exe
Thread id:25516  data Id:0  exe
Thread id:10556  data Id:1  wait
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Thread id:25516  data Id:0  data value:5  value
Thread id:9320  data Id:1  exe
Thread id:15512  data Id:4  exe
Thread id:10556  data Id:1  exe
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Thread id:9320  data Id:1  data value:3  value
Thread id:15512  data Id:4  data value:1  value
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Thread id:9320  data Id:2  wait
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Thread id:10556  data Id:2  wait
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Thread id:19512  data Id:3  exe
Thread id:9320  data Id:3  wait
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Thread id:9320  data Id:4  wait
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Thread id:10556  data Id:6  exe
Thread id:15512  data Id:1  wait
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Thread id:19512  data Id:7  exe
Thread id:25516  data Id:6  wait
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Thread id:9320  data Id:7  wait
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Thread id:15512  data Id:2  wait
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Thread id:19512  data Id:8  exe
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Thread id:15512  data Id:3  wait
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Thread id:19512  data Id:9  data value:2  value
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Thread id:15512  data Id:9  data value:6  value
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Thread id:9320  data Id:8  data value:8  value
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Thread id:19512  data Id:2  wait
Thread id:9320  data Id:1  exe
Thread id:9320  data Id:1  data value:13  value
Thread id:10556  data Id:1  wait
Thread id:19512  data Id:2  exe
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Thread id:10556  data Id:1  exe
Thread id:10556  data Id:1  data value:14  value
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Thread id:15512  data Id:6  exe
Thread id:15512  data Id:6  data value:11  value
Thread id:19512  data Id:3  wait
Thread id:9320  data Id:2  exe
Thread id:9320  data Id:2  data value:13  value
Thread id:10556  data Id:2  wait
Thread id:19512  data Id:3  exe
Thread id:19512  data Id:3  data value:12  value
Thread id:15512  data Id:7  wait
Thread id:10556  data Id:2  exe
Thread id:10556  data Id:2  data value:14  value
Thread id:9320  data Id:3  wait
Thread id:15512  data Id:7  exe
Thread id:15512  data Id:7  data value:11  value
Thread id:19512  data Id:4  wait
Thread id:9320  data Id:3  exe
Thread id:9320  data Id:3  data value:13  value
Thread id:10556  data Id:3  wait
Thread id:19512  data Id:4  exe
Thread id:19512  data Id:4  data value:12  value
Thread id:15512  data Id:8  wait
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Thread id:15512  data Id:8  exe
Thread id:15512  data Id:8  data value:11  value
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