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如何实现C++多线程有序执行

2023-07-04 17:55:23 深夜i -- --

C++ 多线程有序执行锁条件变量

C++多线程编程已经成为了现代计算机开发的基本要求。然而，由于多线程环境下的并发执行，很容易造成程序逻辑的混乱和数据竞争的问题，因此如何实现有序的多线程执行成为了很多开发者面临的困难。

本文将从两个方面介绍如何实现C++多线程有序执行：一是使用互斥锁（Mutex）实现线程同步；二是使用原子操作（Atomic）实现线程同步。

第一种方法使用互斥锁实现线程同步

互斥锁是一种最常用的线程同步机制，可以在C++11的标准库中找到。当一个线程获得了“互斥锁”，其他线程就不能再获得锁，只能等待释放锁的线程执行完成后才能获取锁。

可以通过下面的代码实现多线程有序执行：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void thread_function(int val)
{
  mtx.lock();
  std::cout << "Executing Thread " << val << std::endl;
  mtx.unlock();
}
int main()
{
  std::thread t1(thread_function, 1);
  std::thread t2(thread_function, 2);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，我们首先定义了一个互斥锁对象`mtx`，然后在`thread_function`中使用了`mtx`来保证两个线程的有序执行。

第二种方法使用原子操作实现线程同步

除了互斥锁之外，C++还提供了一种更加高效的多线程同步机制——原子操作。原子操作是指在不被打断的情况下进行的一系列操作，保证此过程中不会出现线程安全问题。

下面是使用原子操作实现多线程有序执行的例子代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
std::atomic<bool> flag{false};
void thread_function(int val)
{
  while (!flag.load(std::memory_order_acquire));
  std::cout << "Executing Thread " << val << std::endl;
  flag.store(false, std::memory_order_release);
}
int main()
{
  std::thread t1(thread_function, 1);
  std::thread t2(thread_function, 2);
  flag.store(true, std::memory_order_release);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上述的代码中，我们首先定义了一个原子标志`flag`，用于表示当前是否可以执行线程。在`thread_function`中，我们使用`while(!flag.load(std::memory_order_acquire));`语句来等待`flag`状态变为`true`，然后执行相应的代码。最后在`main`函数中，我们使用`flag.store(true, std::memory_order_release)`语句来使两个线程准备好执行。

总结

通过以上的介绍可以看出，互斥锁和原子操作都可以用来实现C++多线程有序执行的问题。相对来说，互斥锁在代码实现上更直观一些，但会带来一定的性能损失；原子操作虽然更加高效，但在使用上需要额外考虑一些问题。因此，根据实际的应用场景，选择适合自己的多线程同步机制非常重要。

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