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C++多线程互斥技术

2023-07-03 01:13:32 深夜i -- --

C++ 多线程互斥技术并发编程锁机制

随着计算机科技的不断发展，多线程编程在软件开发中的重要性也越来越高。其中，互斥技术是多线程编程中必不可少的一种技术。在C++中，使用互斥锁和条件变量可以实现多线程之间的互斥操作，从而保证程序的正确性和稳定性。

互斥锁是一种C++内置的同步机制，用于确保在任何给定时间只有一个线程可以访问共享资源。当一个线程想要访问一个共享资源时，首先它需要获得互斥锁。如果已经有其他线程拥有了互斥锁，那么当前线程会被阻塞直到该锁被释放。

互斥锁的使用方法如下：


#include <mutex>
std::mutex mutexObj;
void process()
{
  mutexObj.lock();
  // 访问共享资源
  mutexObj.unlock();
}

在上述代码中，`mutexObj`是一个C++中的互斥锁对象，通过调用`lock()`和`unlock()`函数来进行加锁和解锁操作。当线程A调用`lock()`时，如果该锁已经被线程B占用，则线程A会被阻塞，等待线程B释放锁；如果该锁没有被占用，则线程A会获得锁并继续执行。而`unlock()`函数则是用于释放锁，让其他线程可以获得锁并访问共享资源。

除了互斥锁，条件变量也是多线程编程中常用的同步工具。条件变量可以让线程在某个条件发生之前一直等待，直到该条件被其他线程满足。它通常与互斥锁一起使用，用于实现线程之间的条件等待和唤醒操作。

使用条件变量的一般步骤如下：

1. 定义条件变量对象和互斥锁对象

2. 在需要等待某个条件满足时，先加锁互斥锁，并调用条件变量的`wait()`函数等待条件变量被唤醒

3. 条件满足时，唤醒等待中的线程

4. 线程收到信号后，再次检查条件是否满足。如果满足，就执行相应操作；否则继续等待。

下面是使用条件变量实现线程等待和唤醒的代码示例：


#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mutexObj;
std::condition_variable cvObj;
bool isReady = false;
void waiting()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutexObj);
  while (!isReady)
  {
    cvObj.wait(lock);
  }
  // 条件满足后的操作
}
void notifying()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutexObj);
  isReady = true;
  cvObj.notify_all();
}

在上面的代码中，`wait()`函数和`notify_all()`函数都需要传入一个已经加锁的`std::unique_lock`对象。在等待线程中，使用循环来防止虚假唤醒的情况发生。而在唤醒线程中，使用布尔值`isReady`来表示条件是否满足，调用`notify_all()`函数唤醒所有等待中的线程。在等待线程接收到信号之后，可以进行相应的操作。

总结

使用互斥锁和条件变量可以有效避免在多线程编程中出现的数据竞争和死锁问题。C++中的互斥锁和条件变量提供了方便的API，使得多线程编程变得更加简单、可读性更强。熟练掌握这些互斥技术可以为开发高性能、高并发的应用程序奠定基础。

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