C++ 中的多執行緒程式設計培訓

並發性的挑戰與問題

• 平台硬體限制：硬體執行緒、管道、快取一致性
• 與多執行緒程式設計相關的基本概念（多執行緒程式正確性、活力、飢餓、死鎖、競爭條件、原子性、一致性模型、Flynn 分類法）
• C++ 中實現多執行緒和多處理可用的機制
• 標準庫的實現：從 C++14 到當前（C++2a）的元素
• Boost 中可用的實現：與標準庫的差異

進程和執行緒

• 多進程應用程式與多執行緒應用程式
• 作業系統與執行緒（對可用實現的簡短概述）
• 進程和執行緒的同步化機制
• 同步化的結構化實現
• 物件導向方法中多執行緒實現的特性（RAII 模式的角色）

C++ 中的記憶體模型

• 物件與記憶體位置
• 操作的排序及其強制
• 關係：同步化、先行關係、操作對原子行為的排序、釋放序列
• 記憶體屏障
• 原子操作

C++14 及更新版本中的執行緒管理

• std::thread 類及執行緒啟動
• 執行緒識別
• 附加和分離執行緒
• 執行緒與標準容器
• C++14 中執行緒的異常處理

互斥鎖定與臨界區

• 簡單的互斥原則
• 概念（可用鎖定物件的類型）
• C++14 時間處理的快速介紹（chrono 庫）
• std::mutex、std::timed_mutex、std::shared_mutex 類別及其衍生類別
• 鎖處理中的 RAII 模式（std::lock_guard、std::unique_lock）
• 依賴和延遲鎖定（std::lock）
• 鎖和執行緒的所有權與共同所有
• 讀者-作者問題
• 一次性初始化
• 執行緒本地（私有）記憶體（即 std::thread_local）

執行緒鎖定與同步

• 信號燈上的操作
• 遞迴鎖
• 具有鎖定層級定義的鎖
• 決策變數與鎖的合作
• 活躍屏障和閒置屏障的實現（Idle Waits、Busy Waits）
• 恢復執行緒運行
• 執行緒之間的通信（Actor 模型和 CSP）

非同步任務

• 非同步事件及其處理
• futues（未來）
• promises（承諾）
• packaged_task（打包任務）

原子類型

• 標準原子類型
• 通用原子旗標（std::atomic_flag）
• “std::atomic[T]”類模板及其特化
• std::atomic 類型的實用函數（自由函數）

多執行緒 API 設計的特定性

• 使用鎖設計結構：粗粒度和細粒度鎖定
• 並發程式碼的效能：估算和測量技術
• 資料分割
• 解決方案的擴展性
• 應用程式架構中的錯誤和異常情況處理

多執行緒應用程式的測試與除錯

• 從多執行緒操作角度進行程式碼審查
• 多執行緒應用程式測試的特定性
• 單元測試
• 增加意外情況發生概率以進行測試
• 多執行緒應用程式測試的形式化方法
• 多執行緒應用程式架構模式與測試和除錯（概述）

進階執行緒管理

• 依賴執行緒（Sagi 模式）
• 避免資料訪問競爭
• 受控停止和中斷執行緒
• 中斷阻塞調用
• 處理中斷
• 任務盜取
• 在應用程式結束期間中斷任務

多執行緒設計模式

• 多執行緒模式的類型和用途
• 模式應用範圍
• 執行緒池（Thread Pool）
• 活躍物件模式（Active Object）
• 安全的多執行緒隊列（Thread Safe Queue）
• 生產者-消費者模式（Producer Consumer）
• 監視器模式（Monitor）
• GoF 模式的安全性