C++多线程之间，线程函数启动之后，多线程依赖的启动和线程唤醒操作。
C++多线程之间，线程函数启动之后，线程间依赖的启动和唤醒操作
- 一、原理分析
- 1. 线程依赖关系
- 二、 实例分析
- 2.1 多线程启动
- 2.2 多线程模式讲解
- （1） 多线程开启与主线程唤醒
- （2）单线程需要2个锁，一个主动加锁，一个等待互斥锁释放。
- （3） 运行结果展示
一、原理分析
1. 线程依赖关系
目标检测中，为了加快速度，往往需要多线程。但是线程之间有依赖关系。然后实时控制每个线程的启动和运行。至关重要。本文讲解了，多线程函数中，线程之间有依赖关系，共享数据也有依赖。
线程ABCD。A完成后通知B，B完成业务后，通知C，C完成后，通知D，D完成后，通知A。如此循环下去。A—>B—>C—>D—>A。
我们先启动这四个线程。每个线程两个锁，一个是锁定当前的任务，让下一个任务等待，直到该线程处理完毕，再通知下一个业务线程。 另外一个锁是等待的锁，用条件变量，等上一个业务线程的通知。一旦上一个业务完成后，马上被唤醒。
对于线程B来说，需要等待A完成，等待这个锁解锁（A_B_mutex）；此时，自己也要拿住对下一个线程相关联的，C的锁(B_C_mutex)。就有两个锁。主动拥有B–>C的锁，被动锁定A–>B的锁，等待A的条件变量完成，并且被通知唤醒解锁。
二、 实例分析
在我们的业务中。我们有四个内容，分别是发送信号SendCom(); 图像转换ImageConvert(); 目标检测ObjectDetection()；NMS和重采样算法NMSResample()。
他们之间的内容，分别有相互共享的数据。且每一步，都需要依赖上一步的数据，以及等待上一步完成。
比如，目标检测线程，需要图像格式转换线程完毕，才能进行图像的检测。NMS重采样线程，需要对目标检测结果（目标检测线程完成），进行综合分析，完成之后，将目标的位置信号发送给SendCom线程，进行采集信号发送。他们之间形成了闭环，需要由某个线程，主动启动，才能打通依赖关系线程的开启。
因此，我们在主线程中，主动建立了一个锁，叫做主函数和NMS重采样之间的锁。通过这个锁，我们从主线程唤醒多线程中的NMSResample()线程，从而开启流水处理的多线程间相互依赖方式。
如下代码中：main_scan_mutex 来开启这个主线程多多线程的唤醒。
2.1 多线程启动
// MultiThreadSimulation.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//#include <iostream>
#include <time.h>
#include <thread>
#include <condition_variable>using namespace std;/* condition lock, and mutex for thread controlling. */
mutex send_cvt_mutex,cvt_detect_mutex, detect_nms_mutex, nms_send_mutex, main_scan_mutex;
condition_variable send_cvt_cv, cvt_detect_cv, detect_nms_cv, nms_send_cv, main_scan_cv;bool is_send_done = false;
bool is_cvt_done = false;
bool is_detect_done = false;
bool is_nms_done = false;
int total_scan_time = 0;void threadSendCom()
{cout << "1. Send Com Thread!" << endl;while (total_scan_time < 5){this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(2));unique_lock<mutex> send_cvt_lck(send_cvt_mutex);unique_lock<mutex> nms_send_lck(nms_send_mutex);nms_send_cv.wait(nms_send_lck, [] {return is_nms_done; });cout << " >>>> Is send com: " << total_scan_time << endl;this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2));is_send_done = true;send_cvt_cv.notify_one();is_nms_done = false;}cout << " Thread 1 end!" << endl;
}void threadImageConvert()
{cout << "2. Img convert Thread!" << endl;while (total_scan_time < 5){this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(2));unique_lock<mutex> cvt_detect_lck(cvt_detect_mutex);unique_lock<mutex> send_cvt_lck(send_cvt_mutex);send_cvt_cv.wait(send_cvt_lck, [] {return is_send_done; });cout << " >>>> Is convert image: " << total_scan_time << endl;this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2));is_cvt_done = true;cvt_detect_cv.notify_one();send_cvt_lck.unlock();is_send_done = false;}cout << "Thread 2 end!" << endl;
}void threadObjectDetection()
{cout << "3. Object detect Thread!" << endl;while (total_scan_time < 5){this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(2));unique_lock<mutex> detect_nms_lck(detect_nms_mutex);unique_lock<mutex> cvt_detect_lck(cvt_detect_mutex);cvt_detect_cv.wait(cvt_detect_lck, [] {return is_cvt_done; });cout << " >>>>Is object detect: " << total_scan_time << endl;this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2));is_detect_done = true;detect_nms_cv.notify_one();cvt_detect_lck.unlock();is_cvt_done = false;}cout << "Thread 3 end!" << endl;
}void threadNMSResample()
{cout << "4. Nms and resample Thread!" << endl;while (total_scan_time < 5){this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(2));unique_lock<mutex> nms_send_lck(nms_send_mutex);if (total_scan_time == 0) //第一次，等待主线程唤醒。从而开启循环。{unique_lock<mutex> main_scan_lck(main_scan_mutex);cout << "!!! Waiting here for main thread unlock mutex" << endl;main_scan_cv.wait(main_scan_lck, [] {return is_detect_done; });}else{unique_lock<mutex> detect_nms_lck(detect_nms_mutex);detect_nms_cv.wait(detect_nms_lck, [] {return is_detect_done; });}cout << " >>>> Is NMS resample:" << total_scan_time +1 << endl;this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2));is_nms_done = true;nms_send_cv.notify_one();is_detect_done = false;total_scan_time += 1;}cout << "Thread 4 end!" << endl;
}int main()
{// Resample --> SendCom --> ImgConvert --> ObjectDetection.// 建立线程函数thread nms_resample_thread(threadNMSResample);thread send_com_thread(threadSendCom);thread img_cvt_thread(threadImageConvert);thread object_detect_thread(threadObjectDetection);// 主线程 解锁并 唤醒通知 threadNMSResample 线程，开启循环。this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));{cout << ">>>> Main thread begin!!!!!!" << endl;unique_lock<mutex> main_scan_lck(main_scan_mutex);is_detect_done = true;}main_scan_cv.notify_one();nms_resample_thread.join();object_detect_thread.join();img_cvt_thread.join();send_com_thread.join();cout << " End all" << endl;}
2.2 多线程模式讲解
（1） 多线程开启与主线程唤醒
下面就描述了，多线程间的依赖关系。他们之间形成了闭环。必须要主线程去主动开启通知。 蓝色的箭头表示。
对于主线程去唤醒，我们用条件变量来通知。用的main_scan_cv来进行通知。
（2）单线程需要2个锁，一个主动加锁，一个等待互斥锁释放。
对单个线程，就需要2个锁。比如，图像转换线程。他的数据，来自于发送的信号，SendCom线程处理的结果，才是需要转换的图像。只有图像格式转换完毕之后，目标检测线程，ObjectDetection才能工作。那么，我们就需要两个锁定。
1：主动拥有 cvt_detect_lck。获得cvt_detect_mutex的所有权。把下一个模块，目标检测目标给阻塞住。 对于当前的图像格式转换业务，我们一直等待 上一个模块通知，我们就用条件变量，send_cvt_cv 来wait。直到上一个模块，发起通知，告诉我，发送已经完成，is_send_done。
2：当is_send_done变为true。我们就不用wait，继续执行下面的业务。所以需要send_cvt_lck。 被动拥有和轮询send_cvt_lck的状态解锁。
（3） 运行结果展示
所以，我们最后的结果就是，每个模块，都运行起来。由主函数唤醒一次。剩下就是多线程之间，互相启动的运行过程。我们运行这个目标检测流程5遍，然后退出。下面就是展示运行结果。
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