多线程

这一课你将能做到

1. 用 std::thread 启动线程并 join，说清为什么不能丢弃未 join/detach 的线程对象
2. 用 std::mutex + std::lock_guard 保护共享数据，复现并解释一次数据竞争
3. 用 std::atomic 实现无锁计数器，说出它与 mutex 加锁的适用边界

为什么要学

判题高峰期，沙箱服务不可能一次只评一份提交：主线程收任务，工作线程池并行评测，计数器实时更新队列长度——全是多线程。Java 的并发工具箱（Thread、synchronized、AtomicInteger、线程池）极其成熟；C++11 把同等能力纳入了标准库，概念一一对应，只是内存模型更底层。

Java 有 GC 和 JVM 兜底，很多并发错误表现为「偶发变慢」；C++ 的数据竞争直接是 UB，可能崩溃可能静默出错。所以 C++ 圈对「先想清楚哪些数据被共享」的要求更苛刻。本课抓三个最核心的工具：thread、mutex、atomic，够你读懂判题沙箱的调度代码。

先建立图像

判题沙箱的线程模型（简化）：

主线程                     工作线程池（N 个 std::thread）
  │                            │
  ├─ 收到提交 ──→ 任务队列 ───→ │ 工作线程1：评测提交A
  │            (mutex 保护)    │ 工作线程2：评测提交B
  ├─ 收到提交 ────→ 入队       │     ↓
  │                            │ 更新统计计数（atomic）
  └─ join：等所有评测线程结束再汇总结果

三件事：共享队列要锁、状态计数要原子、等待结束要 join

Java ↔ C++ 并发原语对照：

Thread            ↔ std::thread
synchronized 块   ↔ std::lock_guard<std::mutex>（RAII 自动解锁）
AtomicInteger     ↔ std::atomic<int>
ReentrantLock     ↔ std::mutex / std::recursive_mutex
CountDownLatch    ↔ std::latch（C++20）/ 条件变量手写
线程池            ↔ 无标准库线程池（手写或第三方）

跟着做

步骤 1：启动第一个线程

新建 concurrency.cpp：

#include <iostream>
#include <thread>

void judge(int subId) {                     // 线程入口：普通函数即可
    std::cout << "线程评测提交 #" << subId << "\n";
}

int main() {
    std::thread t1(judge, 101);             // 启动线程，参数按值拷贝传过去
    std::thread t2(judge, 102);

    t1.join();                              // 阻塞等待 t1 结束
    t2.join();

    std::cout << "全部评测完成\n";
    return 0;
}

g++ -std=c++17 -pthread concurrency.cpp -o concurrency && ./concurrency

（Linux/MinGW 必须加 -pthread，忘了会链接报错——这是新手第一坑。）输出顺序每次运行可能不同，唯一保证是 join 之后主线程才继续。

步骤 2：一个不能犯的错——线程对象析构前必须 join 或 detach

#include <iostream>
#include <thread>

int main() {
    std::thread t([] {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        std::cout << "工作完成\n";
    });

    // t.join();   ← 如果两个线程路径都忘调，程序析构 std::thread 时直接 std::terminate

    int ret = 0;                // 模拟中途 return 的分支
    if (ret) {
        return 1;               // 这里提前 return，t 没人 join → 崩溃！
    }

    t.join();
    return 0;
}