c++thread学习(3)并发多线程系统开发过程

 

在实现一个规模较大的工程时，需要多个线程之间互相传递数据，因此，点对点的通信机制已经不能满足需要，设定一个比较合理的通信架构会提高工程开发、维护的效率以及代码的复用性，可读性。

了解ROS的小伙伴都知道，ROS的通讯是   节点——话题——节点   的方式。每个节点代表一个可执行模块，每个话题是一块通信数据内存，节点之间的通讯通过话题这个“中介”传递（消息）。节点之间的通信方式是，生产者（节点）发布消息（通信数据）到话题，需要此数据的消费者（节点）通过订阅此消息完成通信。这种通讯方式又叫做分布式通讯，各个节点之间没有耦合关系。由上面简述可知，ROS的通讯机制比较合理，因此，在我们开发一个比较大的工程时，怎么实现这种通讯机制？下面以作者本人开发工程的经验，给出一个利用多线程开发一个较大工程的过程。

 

一：分析系统功能要求，确定工程代码需要几个线程。

     这一步十分重要，其决定着整个工程的框架，因此，在设计整个代码之前，一定要弄清楚工程需要几个线程实现，一般来说，一个线程实现一个独立的模块功能。需要说明的是，线程不是越多越好，除了内存，线程间资源竞争外，操作系统、CPU也会对线程数限制。

二：根据各个线程的之间的关系决定需要通讯的数据，画公共数据区和每个线程的数据流图

公共数据区存放着整个系统通讯的数据，是数据传输的一个枢纽。这一步是直观的画出数据与各个线程的通讯图，通过画这个图，使开发者更清楚的明了系统数据在各个线程的流向，更方便设计各个线程流程。比如，作者本人开发的系统数据流图如下：

图1 公共区数据与各个线程通讯数据流图

从图1可以清楚的看出，公共区数据与各个线程的交互。比如，对点云去噪线程而言，其只需要从公共数据区获取1相机参数和2图源缓存(类似于ROS的订阅)，然后处理完放入把3去噪结果放入公共区(类似于ROS的发布)。

三：设计实现公共区。

类似于ROS的话题，这一步是建立一个公共通讯内存。为了存储数据以及通讯的方便，用一个类来管理这些通信数据。这个类中不但包含所有通信数据(图一)，还包含所有数据的读写方法(图二)，类似于ROS的发布和订阅消息。数据设计如图，对于每个通信数据，弄清楚其生产和消费者。

 

图二 公共区数据

公共区数据的管理方法

图三 公共区数据通信（读写）管理

 

四：设计每个线程的流程图

每个线程都是一个死循环，根据系统的功能设计各个线程流程，比如系统何时模式切换、休眠等待等。

 

五：设计每个独立的功能模块，封装成类，并测试。

若干个独立模块是组成系统的核心部分，把各个独立的功能模块设计成类的好处是：

1：可以方便实例化测试各个功能模块。

2：方便模块的移植、重复利用。

对于每个独立的模块，编写一个测试用例，用来测试其实现功能是否符合预期。

六：编写各个线程的代码并测试

对于各个线程:

在死循环外，实例化功能模块类；

在死循环内，循环执行从公共区获取数据->调用方法->发布结果或切换模式。

七：整合调试系统

在主线程里实例化公共区，并把公共区地址传入各个线程。首先在主线程里逐一开启各个线程，测试功能是否与预期一致；然后开启各个线程，调试系统。