一、为什么需要并发？——从单核到多核的必然选择

先问大家一个问题：你写程序的时候，有没有遇到过「程序跑得太慢，CPU 占用率却只有 25%」的情况？

我遇到过。几年前做一个视频处理工具，单线程跑，CPU 四核只用了 25%。说白了，其他三个核都在闲着。用户等得着急，我也着急。

这就是并发最直接的价值——榨干硬件性能。

1.1 并发能解决什么问题？

• 提高吞吐量：同样的时间，做更多的事。比如服务器同时处理 1000 个请求。
• 降低延迟：用户点个按钮，不用等前一个任务完成才响应。
• 充分利用多核：现在的手机都是 8 核起步，你只用 1 个核，是不是有点浪费？
• 更好的用户体验：UI 不卡顿，后台默默干活。

1.2 并发 ≠ 并行

这两个词经常被混用，但区别其实挺大。

概念	含义	例子
并发（Concurrency）	多个任务在逻辑上同时执行	单核 CPU 快速切换任务，看起来像同时跑
并行（Parallelism）	多个任务在物理上同时执行	多核 CPU，每个核跑一个任务

说白了，并发是「看起来同时做」，并行是「真的同时做」。C++ 的线程库两者都支持，但底层原理不同。

二、进程与线程的区别——别再搞混了

我记得刚学操作系统那会儿，老师问：「进程和线程有什么区别？」全班沉默。后来自己写代码踩了坑，才真正理解。

2.1 进程（Process）

• 资源分配的最小单位：每个进程有独立的地址空间、文件描述符、信号处理等。
• 开销大：创建进程需要复制一大堆资源，切换成本也高。
• 隔离性强：一个进程挂了，不影响其他进程。

2.2 线程（Thread）

• CPU 调度的最小单位：线程共享进程的地址空间和资源。
• 开销小：创建线程只需要分配栈空间，切换成本低。
• 隔离性弱：一个线程崩溃，整个进程可能挂掉。

2.3 一张图看懂关系

三、C++11 线程库概述——从零到一

C++11 之前，想用线程？你得用 POSIX threads（pthreads）或者 Windows API。不同平台写法不一样，移植起来想哭。

C++11 终于把线程支持加进了标准库。嗯，虽然晚了点，但总比没有好。

3.1 核心组件一览

头文件	类/函数	作用
<thread>	std::thread	创建和管理线程
<mutex>	std::mutex	互斥锁，保护共享数据
<future>	std::future / std::promise	异步获取结果
<atomic>	std::atomic	原子操作，无锁编程基础
<condition_variable>	std::condition_variable	线程间条件等待

四、第一个线程程序——Hello, Thread!

光说不练假把式。咱们直接写代码。

4.1 最简单的例子

#include <iostream>
#include <thread>

void hello() {
    std::cout << "Hello from thread! ID: " 
              << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(hello);  // 创建线程，执行 hello 函数
    t.join();              // 等待线程结束
    std::cout << "Hello from main!" << std::endl;
    return 0;
}

编译命令（g++）：

g++ -std=c++11 -pthread -o hello hello.cpp

4.2 代码解释

• std::thread t(hello)：创建一个线程，入口函数是 hello()。
• t.join()：主线程等待 t 线程执行完毕。如果不调用 join() 或 detach()，程序会崩溃。
• std::this_thread::get_id()：获取当前线程的唯一 ID。

4.3 带参数的线程函数

#include <iostream>
#include <thread>

void print_sum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum: " << (a + b) << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(print_sum, 3, 4);  // 传递参数
    t.join();
    return 0;
}

参数会按值传递。如果需要传引用，得用 std::ref() 包装。这个后面再细讲。

4.4 线程的执行流程

五、常见陷阱与最佳实践

5.1 陷阱一：忘记 join 或 detach

前面说过，std::thread 析构时如果线程还在运行，程序会终止。解决办法：

• 确保所有分支都调用了 join() 或 detach()
• 使用 RAII 包装（后面章节会讲）

5.2 陷阱二：线程函数抛出异常

如果线程函数内部抛异常且没被捕获，程序会调用 std::terminate()。建议在线程函数内用 try-catch 包一层。

5.3 陷阱三：访问已销毁的变量

// 错误示例
void func(int& x) {
    // 如果 x 已经销毁，这里就出事了
}

int main() {
    int a = 42;
    std::thread t(func, std::ref(a));
    // a 可能先被销毁
    t.detach();
    return 0;
}

六、总结

这一章我们聊了：

• 为什么需要并发——说白了就是让程序跑得更快、响应更及时
• 进程和线程的区别——进程是资源容器，线程是执行单元
• C++11 线程库的核心组件——thread、mutex、future、atomic 等
• 第一个线程程序——创建、等待、传参
• 常见陷阱——join/detach、异常、变量生命周期

并发编程不是一蹴而就的事。我刚开始写多线程代码时，也经常遇到死锁、数据竞争这些问题。别怕，后面我们会一个一个攻克。

记住：先跑起来，再优化。别一开始就想着写完美的并发代码，那是不可能的。