第 1章 你好，C 并發(fā)世界　1

1.1 什么是并發(fā)　2

1.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的并發(fā)　2

1.1.2 并發(fā)的方式　4

1.1.3 并發(fā)與并行　5

1.2 為什么使用并發(fā)技術(shù)　6

1.2.1 為分離關(guān)注點(diǎn)而并發(fā)　6

1.2.2 為性能而并發(fā)：任務(wù)并行和數(shù)據(jù)并行　7

1.2.3 什么時(shí)候避免并發(fā)　8

1.3 并發(fā)與C 多線程　9

1.3.1 C 多線程簡史　9

1.3.2 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)并發(fā)的支持　10

1.3.3 C 14和C 17進(jìn)一步

支持并發(fā)和并行　10

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)C 線程庫的效率　10

1.3.5 平臺(tái)專屬的工具　12

1.4 啟程上路　12

實(shí)例Hello Concurrent World　12

1.5 小結(jié)　13

第 2章 線程管控　15

2.1 線程的基本管控　15

2.1.1 發(fā)起線程　16

2.1.2 等待線程完成　19

2.1.3 在出現(xiàn)異常的情況下等待　19

2.1.4 在后臺(tái)運(yùn)行線程　21

2.2 向線程函數(shù)傳遞參數(shù)　23

2.3 移交線程歸屬權(quán)　26

2.4 在運(yùn)行時(shí)選擇線程數(shù)量　30

2.5 識(shí)別線程　33

2.6 小結(jié)　35

第3章 在線程間共享數(shù)據(jù)　37

3.1 線程間共享數(shù)據(jù)的問題　38

3.1.1 條件競爭　39

3.1.2 防止惡性條件競爭　40

3.2 用互斥保護(hù)共享數(shù)據(jù)　41

3.2.1 在C 中使用互斥　41

3.2.2 組織和編排代碼以保護(hù)共享數(shù)據(jù)　43

3.2.3 發(fā)現(xiàn)接口固有的條件競爭　44

3.2.4 死鎖：問題和解決方法　51

3.2.5 防范死鎖的補(bǔ)充準(zhǔn)則　53

3.2.6 運(yùn)用std::unique_lock<>靈活加鎖　60

3.2.7 在不同作用域之間轉(zhuǎn)移互斥歸屬權(quán)　61

3.2.8 按適合的粒度加鎖　62

3.3 保護(hù)共享數(shù)據(jù)的其他工具　64

3.3.1 在初始化過程中保護(hù)共享數(shù)據(jù)　65

3.3.2 保護(hù)甚少更新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　68

3.3.3 遞歸加鎖　70

3.4 小結(jié)　71

第4章 并發(fā)操作的同步　73

4.1 等待事件或等待其他條件　73

4.1.1 憑借條件變量等待條件成立　75

4.1.2 利用條件變量構(gòu)建線程安全的隊(duì)列　77

4.2 使用future等待一次性事件發(fā)生　82

4.2.1 從后臺(tái)任務(wù)返回值　83

4.2.2 關(guān)聯(lián)future實(shí)例和任務(wù)　85

4.2.3 創(chuàng)建std::promise　88

4.2.4 將異常保存到future中　90

4.2.5 多個(gè)線程一起等待　91

4.3 限時(shí)等待　94

4.3.1 時(shí)鐘類　94

4.3.2 時(shí)長類　95

4.3.3 時(shí)間點(diǎn)類　97

4.3.4 接受超時(shí)時(shí)限的函數(shù)　99

4.4 運(yùn)用同步操作簡化代碼　101

4.4.1 利用future進(jìn)行函數(shù)式編程　101

4.4.2 使用消息傳遞進(jìn)行同步　106

4.4.3 符合并發(fā)技術(shù)規(guī)約的后續(xù)風(fēng)格并發(fā)　110

4.4.4 后續(xù)函數(shù)的連鎖調(diào)用　112

4.4.5 等待多個(gè)future　115

4.4.6 運(yùn)用std::experimental::when_any()函數(shù)等待多個(gè)

future，直到其中之一準(zhǔn)備就緒　117

4.4.7 線程閂和線程卡并發(fā)技術(shù)規(guī)約提出的新特性　120

4.4.8 基本的線程閂類std::experimental::latch　121

4.4.9 基本的線程卡類std::experimental::barrier　122

4.4.10 std::experimental::flex_barrierstd::experimental::barrier的靈活版本　124

4.5 小結(jié)　125

第5章 C 內(nèi)存模型和原子操作　127

5.1 內(nèi)存模型基礎(chǔ)　128

5.1.1 對(duì)象和內(nèi)存區(qū)域　128

5.1.2 對(duì)象、內(nèi)存區(qū)域和并發(fā)　129

5.1.3 改動(dòng)序列　130

5.2 C 中的原子操作及其類別　131

5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)原子類型　131

5.2.2 操作std::atomic_flag　135

5.2.3 操作std::atomic　137

5.2.4 操作std::atomic：算術(shù)形式的指針運(yùn)算　139

5.2.5 操作標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)原子類型　140

5.2.6 泛化的std::atomic<>類模板　141

5.2.7 原子操作的非成員函數(shù)　143

5.3 同步操作和強(qiáng)制次序　145

5.3.1 同步關(guān)系　147

5.3.2 先行關(guān)系　147

5.3.3 原子操作的內(nèi)存次序　149

5.3.4 釋放序列和同步關(guān)系　167

5.3.5 柵欄　169

5.3.6 憑借原子操作令非原子操作服從內(nèi)存次序　171

5.3.7 強(qiáng)制非原子操作服從內(nèi)存次序　172

5.4 小結(jié)　175

第6章 設(shè)計(jì)基于鎖的并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　177

6.1 并發(fā)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵　178

6.2 基于鎖的并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　179

6.2.1 采用鎖實(shí)現(xiàn)線程安全的棧容器　180

6.2.2 采用鎖和條件變量實(shí)現(xiàn)線程安全的隊(duì)列容器　182

6.2.3 采用精細(xì)粒度的鎖和條件變量實(shí)現(xiàn)線程安全的隊(duì)列容器　186

6.3 設(shè)計(jì)更復(fù)雜的基于鎖的并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　198

6.3.1 采用鎖編寫線程安全的查找表　198

6.3.2 采用多種鎖編寫線程安全的鏈表　204

6.4 小結(jié)　208

第7章 設(shè)計(jì)無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　209

7.1 定義和推論　210

7.1.1 非阻塞型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　210

7.1.2 無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　211

7.1.3 無須等待的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　212

7.1.4 無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)　212

7.2 無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)范例　213

7.2.1 實(shí)現(xiàn)線程安全的無鎖棧　214

7.2.2 制止麻煩的內(nèi)存泄漏：在無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中管理內(nèi)存　217

7.2.3 運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)指針檢測無法回收的節(jié)點(diǎn)　223

7.2.4 借引用計(jì)數(shù)檢測正在使用中的節(jié)點(diǎn)　231

7.2.5 為無鎖棧容器施加內(nèi)存模型　237

7.2.6 實(shí)現(xiàn)線程安全的無鎖隊(duì)列　242

7.3 實(shí)現(xiàn)無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原則　254

7.3.1 原則1：在原型設(shè)計(jì)中使用std::memory_order_seq_cst次序　254

7.3.2 原則2：使用無鎖的內(nèi)存回收方案　255

7.3.3 原則3：防范ABA問題　255

7.3.4 原則4：找出忙等循環(huán)，協(xié)助其他線程　256

7.4 小結(jié)　256

第8章 設(shè)計(jì)并發(fā)代碼　257

8.1 在線程間切分任務(wù)的方法　258

8.1.1 先在線程間切分?jǐn)?shù)據(jù)，再開始處理　258

8.1.2 以遞歸方式劃分?jǐn)?shù)據(jù)　259

8.1.3 依據(jù)工作類別劃分任務(wù)　263

8.2 影響并發(fā)代碼性能的因素　266

8.2.1 處理器的數(shù)量　266

8.2.2 數(shù)據(jù)競爭和緩存乒乓（cache ping-pong）　267

8.2.3 不經(jīng)意共享　270

8.2.4 數(shù)據(jù)的緊湊程度　270

8.2.5 過度任務(wù)切換與線程過飽和　271

8.3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以提升多線程程序的性能　272

8.3.1 針對(duì)復(fù)雜操作的數(shù)據(jù)劃分　272

8.3.2 其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問模式　275

8.4 設(shè)計(jì)并發(fā)代碼時(shí)要額外考慮的因素　276

8.4.1 并行算法代碼中的異常安全　276

8.4.2 可伸縮性和Amdahl定律　283

8.4.3 利用多線程掩藏等待行為　285

8.4.4 借并發(fā)特性改進(jìn)響應(yīng)能力　286

8.5 并發(fā)代碼的設(shè)計(jì)實(shí)踐　287

8.5.1 std::for_each()的并行實(shí)現(xiàn)　288

8.5.2 std::find()的并行實(shí)現(xiàn)　290

8.5.3 std::partial_sum()的并行實(shí)現(xiàn)　295

8.6 小結(jié)　305

第9章 高級(jí)線程管理　307

9.1 線程池　308

9.1.1 簡易可行的線程池　308

9.1.2 等待提交給線程池的任務(wù)完成運(yùn)行　310

9.1.3 等待其他任務(wù)完成的任務(wù)　313

9.1.4 避免任務(wù)隊(duì)列上的爭奪　316

9.1.5 任務(wù)竊取　318

9.2 中斷線程　322

9.2.1 發(fā)起一個(gè)線程，以及把它中斷　323

9.2.2 檢測線程是否被中斷　324

9.2.3 中斷條件變量上的等待　325

9.2.4 中斷條件變量std::condition_variable_any上的等待　328

9.2.5 中斷其他阻塞型等待　330

9.2.6 處理中斷　331

9.2.7 在應(yīng)用程序退出時(shí)中斷后臺(tái)任務(wù)　332

9.3 小結(jié)　333

第 10章 并行算法函數(shù)　335

10.1 并行化的標(biāo)準(zhǔn)庫算法函數(shù)　335

10.2 執(zhí)行策略　336

10.2.1 因指定執(zhí)行策略而普遍產(chǎn)生的作用　336

10.2.2 std::execution::sequenced_policy　337

10.2.3 std::execution::parallel_policy　338

10.2.4 std::execution::parallel_unsequenced_policy　339

10.3 C 標(biāo)準(zhǔn)庫的并行算法函數(shù)　339

10.3.1 并行算法函數(shù)的使用范例　342

10.3.2 訪問計(jì)數(shù)　344

10.4 小結(jié)　346

第 11章 多線程應(yīng)用的測試和除錯(cuò)　347

11.1 與并發(fā)相關(guān)的錯(cuò)誤類型　347

11.1.1 多余的阻塞　348

11.1.2 條件競爭　348

11.2 定位并發(fā)相關(guān)的錯(cuò)誤的技法　349

11.2.1 審查代碼并定位潛在錯(cuò)誤　350

11.2.2 通過測試定位與并發(fā)相關(guān)的錯(cuò)誤　352

11.2.3 設(shè)計(jì)可測試的代碼　353

11.2.4 多線程測試技術(shù)　355

11.2.5 以特定結(jié)構(gòu)組織多線程的測試代碼　357

11.2.6 測試多線程代碼的性能　360

11.3 小結(jié)360



附錄A C 11精要：部分語言特性　361

A.1 右值引用　361

A.1.1 移動(dòng)語義　362

A.1.2 右值引用和函數(shù)模板　365

A.2 刪除函數(shù)　366

A.3 默認(rèn)函數(shù)　368

A.4 常量表達(dá)式函數(shù)　371

A.4.1 constexpr關(guān)鍵字和用戶定義型別　373

A.4.2 constexpr對(duì)象　376

A.4.3 constexpr函數(shù)要符合的條件　376

A.4.4 constexpr與模板　377

A.5 lambda函數(shù)　377

A.6 變參模板　382

A.7 自動(dòng)推導(dǎo)變量的型別　386

A.8 線程局部變量　387

A.9 類模板的參數(shù)推導(dǎo)　389

A.10 小結(jié)　389

附錄B 各并發(fā)程序庫的簡要

對(duì)比　391

附錄C 消息傳遞程序庫和完整

的自動(dòng)柜員機(jī)范例　393