《C++并发编程实战》[美]Anthony Williams【扫描版_PDF电子书_推荐】_计算机类

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《C++并发编程实战》[美]Anthony Williams【扫描版_PDF电子书_推荐】

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。

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：

第1章 你好，C++并发世界

1.1 什么是并发

1.1.1 计算机系统中的并发

1.1.2 并发的途径

1.2 为什么使用并发

1.2.1 为了划分关注点而使用并发

1.2.2 为了性能而使用并发

1.2.3 什么时候不使用并发

1.3 在C++中使用并发和多线程

1.3.1 C++多线程历程

1.3.2 新标准中的并发支持

1.3.3 C++线程库的效率

1.3.4 平台相关的工具

1.4 开始入门

1.5 小结

第2章 管理线程

2.1 基本线程管理

2.1.1 启动线程

2.1.2 等待线程完成

2.1.3 在异常环境下的等待

2.1.4 在后台运行线程

2.2 传递参数给线程函数

2.3 转移线程的所有权

2.4 在运行时选择线程数量

2.5 标识线程

2.6 小结

第3章 在线程间共享数据

3.1 线程之间共享数据的问题

3.1.1 竞争条件

3.1.2 避免有问题的竞争条件

3.2 用互斥元保护共享数据

3.2.1 使用C++中的互斥元

3.2.2 为保护共享数据精心组织代码

3.2.3 发现接口中固有的竞争条件

3.2.4 死锁：问题和解决方案

3.2.5 避免死锁的进一步指南

3.2.6 用std::unique_lock灵活锁定

3.2.7 在作用域之间转移锁的所有权

3.2.8 锁定在恰当的粒度

3.3 用于共享数据保护的替代工具

3.3.1 在初始化时保护共享数据

3.3.2 保护很少更新的数据结构

3.3.3 递归锁

3.4 小结

第4章 同步并发操作

4.1 等待事件或其他条件

4.1.1 用条件变量等待条件

4.1.2 使用条件变量建立一个线程安全队列

4.2 使用future等待一次性事件

4.2.1 从后台任务中返回值

4.2.2 将任务与future相关联

4.2.3 生成(std::)promise

4.2.4 为future保存异常

4.2.5 等待自多个线程

4.3 有时间限制的等待

4.3.1 时钟

4.3.2 时间段

4.3.3 时间点

4.3.4 接受超时的函数

4.4 使用操作同步来简化代码

4.4.1 带有future的函数式编程

4.4.2 具有消息传递的同步操作

4.5 小结

第5章 C++内存模型和原子

类型上操作

5.1 内存模型基础

5.1.1 对象和内存位置

5.1.2 对象、内存位置以及并发

5.1.3 修改顺序

5.2 C++中的原子操作及类型

5.2.1 标准原子类型

5.2.2 std::atomic_flag上的操作

5.2.3 基于std::atomic的操作

5.2.4 std::atomic上的操作：指针算术运算

5.2.5 标准原子整型的操作

5.2.6 std::atomic<>初级类模板

5.2.7 原子操作的自由函数

5.3 同步操作和强制顺序

5.3.1 synchronizes-with关系

5.3.2 happens-before关系

5.3.3 原子操作的内存顺序

5.3.4 释放序列和synchronizes-with

5.3.5 屏障

5.3.6 用原子操作排序非原子操作

5.4 小结

第6章 设计基于锁的并发数据结构

6.1 为并发设计的含义是什么

6.2 基于锁的并发数据结构

6.2.1 使用锁的线程安全栈

6.2.2 使用锁和条件变量的线程安全队列

6.2.3 使用细粒度锁和条件变量的线程安全队列

6.3 设计更复杂的基于锁的数据结构

6.3.1 编写一个使用锁的线程安全查找表

6.3.2 编写一个使用锁的线程安全链表

6.4 小结

第7章 设计无锁的并发数据结构

7.1 定义和结果

7.1.1 非阻塞数据结构的类型

7.1.2 无锁数据结构

7.1.3 无等待的数据结构

7.1.4 无锁数据结构的优点与缺点

7.2 无锁数据结构的例子

7.2.1 编写不用锁的线程安全栈

7.2.2 停止恼人的泄漏：在无锁数据结构中管理内存

7.2.3 用风险指针检测不能被回收的结点

7.2.4 使用引用计数检测结点

7.2.5 将内存模型应用至无锁栈

7.2.6 编写不用锁的线程安全队列

7.3 编写无锁数据结构的准则

7.3.1 准则：使用std::memory_order_seq_cst作为原型

7.3.2 准则：使用无锁内存回收模式

7.3.3 准则：当心ABA问题

7.3.4 准则：识别忙于等待的循环以及辅助其他线程

7.4 小结

第8章 设计并发代码

8.1 在线程间划分工作的技术

8.1.1 处理开始前在线程间划分数据

8.1.2 递归地划分数据

8.1.3 以任务类型划分工作

8.2 影响并发代码性能的因素

8.2.1 有多少个处理器

8.2.2 数据竞争和乒乓缓存

8.2.3 假共享

8.2.4 数据应该多紧密

8.2.5 过度订阅和过多的任务切换

8.3 为多线程性能设计数据结构

8.3.1 为复杂操作划分数组元素

8.3.2 其他数据结构中的数据访问方式

8.4 为并发设计时的额外考虑

8.4.1 并行算法中的异常安全

8.4.2 可扩展性和阿姆达尔定律

8.4.3 用多线程隐藏延迟

8.4.4 用并发提高响应性

8.5 在实践中设计并发代码

8.5.1 std::for_each的并行实现

8.5.2 std::find的并行实现

8.5.3 std::partial_sum的并行实现

8.6 总结

第9章 高级线程管理

9.1 线程池

9.1.1 最简单的线程池

9.1.2 等待提交给线程池的任务

9.1.3 等待其他任务的任务

9.1.4 避免工作队列上的竞争

9.1.5 工作窃取

9.2 中断线程

9.2.1 启动和中断另一个线程

9.2.2 检测一个线程是否被中断

9.2.3 中断等待条件变量

9.2.4 中断在std::condition_variable_ any上的等待

9.2.5 中断其他阻塞调用

9.2.6 处理中断

9.2.7 在应用退出时中断后台任务

9.3 总结

第10章 多线程应用的测试与调试

10.1 并发相关错误的类型

10.1.1 不必要的阻塞

10.1.2 竞争条件

10.2 定位并发相关的错误的技巧

10.2.1 审阅代码以定位潜在的错误

10.2.2 通过测试定位并发相关的错误

10.2.3 可测试性设计

10.2.4 多线程测试技术

10.2.5 构建多线程的测试代码

10.2.6 测试多线程代码的性能

10.3 总结

附录A 附录A C++11部分

语言特性简明

参考

附录B 并发类库

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C++ 编程

摘要：
《C++并发编程实战》由Anthony Williams撰写，是C++并发编程领域的一部经典指南，系统讲解了多线程编程的核心概念与实际应用技巧。书中不仅涵盖了线程管理、同步机制、锁与条件变量等基础知识，还深入探讨了现代C++标准下的并发工具和最佳实践方法。通过大量实例和详细解析，读者可以逐步掌握线程安全编程、性能优化以及复杂并发场景的处理策略。无论是初学者还是有经验的C++开发者，都能够从本书中获得切实可行的指导，从而在实际项目中高效、可靠地应用并发编程技术，实现软件性能和稳定性的双重提升。

1、线程基础与管理

书中首先介绍了C++并发编程的基础概念，包括线程的创建、启动和销毁机制。通过具体的代码示例，读者能够直观理解线程的生命周期和执行流程。

Anthony Williams强调了线程管理中的资源控制问题，解释了如何使用RAII（资源获取即初始化）来自动管理线程资源，从而避免潜在的资源泄漏或死锁情况。

此外，书中对线程的调度和优先级也有深入讨论，帮助读者理解操作系统层面对线程执行顺序的影响，以及在实际应用中如何优化线程调度以提高程序性能。

2、同步机制与锁

在并发环境下，数据共享和同步是关键问题。本书详细阐述了互斥锁、读写锁和条件变量的使用方法，并结合实例展示如何防止竞态条件。

书中对锁的粒度和性能影响进行了分析，解释了何时使用粗粒度锁、何时采用细粒度锁，以在保证线程安全的前提下最大化程序执行效率。

通过对死锁的原因和预防策略的讲解，读者能够掌握避免并发编程常见陷阱的技巧，从而写出更加健壮的多线程程序。

3、并发数据结构设计

Anthony Williams在书中对并发数据结构进行了系统介绍，包括线程安全队列、栈和哈希表等核心组件。每种数据结构都配有实现细节和优化策略。

书中强调了无锁编程的重要性，通过原子操作和内存屏障实现高性能并发数据访问，帮助读者理解在多核环境下如何减少锁竞争，提高系统吞吐量。

此外，书中还探讨了延迟初始化、内存回收与管理机制对并发数据结构性能的影响，使读者能够设计出既安全又高效的数据结构。

4、并发实践与优化

本书不仅提供理论知识，还通过丰富的案例展示了并发编程在实际项目中的应用，例如并发任务调度和生产者-消费者模型。

在性能优化方面，作者详细讲解了线程池设计、负载均衡策略以及减少锁竞争的方法，为大型系统的并发性能提升提供了可操作性方案。

书中还包括调试与测试技巧，介绍如何检测死锁、数据竞争及性能瓶颈，帮助开发者在复杂并发环境下保持程序的稳定性与可靠性。

总结：

《C++并发编程实战》全面涵盖了C++并发编程的核心知识与实战技巧，从线程基础、同步机制、数据结构设计到性能优化，系统性地指导读者掌握多线程开发的方方面面。书中通过大量实例和深入分析，使读者能够将理论知识迅速应用于实际项目，提升代码质量和系统性能。

通过阅读本书，开发者不仅能够理解并发编程的复杂性，还能够学会有效应对多线程环境下的各种挑战，实现高效、安全的C++应用程序开发。Anthony Williams的实践经验和细致讲解为学习者提供了宝贵参考。

本文由nayona.cn整理

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