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C++多线程同步技巧

2023-07-10 09:18:36 深夜i -- --

C++多线程同步技巧互斥锁条件变量原子操作

C++中的多线程编程是一个需要注意同步问题的难点。当多个线程同时访问共享资源时，会出现数据竞争的情况，导致程序的行为出现不可预测的结果。为了保证程序的正确性和稳定性，在多线程编程时需要使用一些同步技巧来避免数据竞争。

1. 互斥锁

互斥锁是最基本的同步技巧之一。它是一种资源锁，用于防止多个线程同时访问同一个共享资源。当一个线程获取了互斥锁之后，其他线程就不能再获取该锁，直到该线程释放锁为止。

C++标准库中提供了std::mutex类来实现互斥锁，具体使用方法如下：


#include <iostream>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void shared_print(std::string msg, int id) {
  std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
  std::cout << msg << id << std::endl;
}
void func(int id) {
  for(int i = 0; i < 10; ++i) {
    shared_print("Thread: ", id);
  }
}
int main() {
  std::thread t1(func, 1);
  std::thread t2(func, 2);
  t1.join();
  t2.join();
}

在上述代码中，我们定义了一个互斥锁对象`mtx`和一个输出函数`shared_print`。在函数`func`中，我们对共享资源（输出语句）加锁，避免了两个线程同时输出的情况。

2. 条件变量

条件变量是一种用于线程间通信的同步技巧。它可以让一个线程等待另一个线程满足某个条件后再继续运行。条件变量需要和互斥锁一起使用，来防止多个线程同时访问共享资源。

C++标准库中提供了std::condition_variable类来实现条件变量，具体使用方法如下：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void reader_thread() {
  std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
  while(!ready) {
    cv.wait(lk);
  }
  std::cout << "Value: " << ready << std::endl;
}
void writer_thread() {
  std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
  ready = true;
  cv.notify_one();
}
int main() {
  std::thread t1(reader_thread);
  std::thread t2(writer_thread);
  t1.join();
  t2.join();
}

在上述代码中，我们定义了一个互斥锁对象`mtx`、一个条件变量对象`cv`和一个标志变量`ready`。在读取线程中，我们通过条件变量的wait函数让线程等待写入线程操作完成；当写入线程完成操作后，我们通过条件变量的notify_one函数通知读取线程。

3. 原子操作

原子操作是一种基本的同步技巧，它可以保证对共享资源的操作是原子的，即不会被其他线程中断。在C++中，我们可以使用std::atomic类来实现原子操作。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
std::atomic<int> count(0);
void func(int n) {
  for(int i = 0; i < n; ++i) {
    ++count;
  }
}
int main() {
  std::thread t1(func, 1000000);
  std::thread t2(func, 1000000);
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "Count: " << count << std::endl;
}

在上述代码中，我们定义了一个原子变量`count`，并在两个线程中增加其值。由于原子操作的特性，我们可以保证所有的加法操作都是原子的，避免了数据竞争的情况。

总的来说，多线程编程是一项复杂而又重要的任务，在使用多线程时需要注意同步问题，保证程序的正确性和稳定性。除了上面介绍的几种技巧外，还有其他许多同步技巧可供选择，开发者可以根据具体需求进行选择。

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