Programowanie wielowątkowe w języku C++

Cele szkolenia

Uczestnicy szkolenia nauczą się:

• tworzyć, łączyć oraz kończyć wątki
• synchronizować dostęp do współdzielonych zasobów (muteksy, zmienne warunkowe, zmienne atomowe, itp.)
• wyłapywać i unikać błędów, takich jak race condition, deadlock, itp.
• tworzyć bezpieczne wielowątkowo struktury danych (thread-safe queue) i wykorzystać je do implementacji wzorca Producer-Consumer
• implementować wzorce projektowe Thread Pool i Active Object

Plan szkolenia

Wprowadzenie do programowanie współbieżnego

• Procesy oraz wątki
• Podstawowe pojęcia: poprawność programu, wyścig, wzajemne wykluczenie, żywotność, zagłodzenie wątków, zakleszczenie

Zarządzanie wątkami

• Klasa std::thread
• Tworzenie i uruchamianie zadań w osobnych wątkach
• Łączenie i odłączanie wątków - implementacja RAII dla wątków
• Grupowanie wątków - przechowywanie wątków w kontenerach standardowych
• Wątki sprzętowe
• Bezpieczna obsługa wyjątków w wątkach - std::exception_ptr

Synchronizacja wątków - muteksy

• Koncepty obiektów blokowalnych
• Muteksy w bibliotece standardowej
  • Klasy std::mutex, std::timed_mutex, std::shared_mutex
  • Wersje rekursywne muteksów
• Zarządzanie blokadami - klasy std::lock_guard<Mutex> oraz std::unique_lock<Mutex>
• Synchronizacja dostępu do obiektów za pomocą muteksów
• Unikanie zakleszczeń - funkcja std::lock()
• Blokady współdzielone - implementacja problemów typu readers-writers

Synchronizacja zdarzeń między wątkami

• Mechanizmy komunikacji między wątkami
  • Busy waits - zmienne atomowe
  • Idle waits - zmienne warunkowe - klasa std::condition_variable
• Implementacja klasy ThreadSafeQueue oraz wzorca Producer-Consumer

Leniwa inicjalizacja obiektów

• Jednokrotna inicjalizacja - implementacja thread-safe wzorców Singleton oraz Virtual Proxy

Wstęp do typów atomowych

• Klasa std::atomic<T>
• Semantyka Acquire-Release operacji synchronizujących
• Model pamięci w C++11
• Algorytmy i struktury danych lock-free - wstęp

Funkcje wywoływane asynchronicznie

• Wywołania asynchroniczne funkcji z wykorzystaniem biblioteki standardowej - std::async()
• Uruchamianie zadań asynchronicznych - klasa std::packaged_task
• Odczytywanie wyników zwracanych przez funkcje asynchroniczne - obiekty typu future
• Mechanizm komunikacji między wątkami za pomocą klasy std::promise

Podstawowe wzorce programowania współbieżnego

• Thread Pool
• Active Object

Wymagania

Opanowane tematy ze szkolenia Programowanie w języku C++.

Czas trwania

3 dni po 8 godzin lekcyjnych