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C++多线程同步修改同一变量

2023-07-11 05:55:24 深夜i -- --

C++ 多线程同步修改变量

在 C++ 编程中，多线程同步修改同一变量是一个常见的问题。如果多个线程同时对同一变量进行操作，那么就可能会导致竞争条件或死锁问题，从而影响程序的正确性和性能。因此，需要使用同步机制来保证多线程程序的正确性。

下面介绍一些常用的同步机制：

1. 互斥锁

互斥锁（mutex）是一种最简单和常见的同步机制。它是一个二进制信号量，用于控制对共享资源的访问。当一个线程请求获取互斥锁时，如果锁已经被另一个线程占用，则该线程会被阻塞，直到占用锁的线程释放锁。一旦一个线程获得了互斥锁，它就可以访问共享资源，并且其他线程将无法访问该资源，直到该线程释放互斥锁。

例如，可以使用 std::mutex 类来创建互斥锁。下面是一个简单的示例代码：


#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mtx;
int count = 0;
void increment_counter() {
 mtx.lock();
 count++;
 std::cout << "Counter value: " << count << std::endl;
 mtx.unlock();
}
int main() {
 std::thread t1(increment_counter);
 std::thread t2(increment_counter);
 
 t1.join();
 t2.join();
 
 return 0;
}

在该示例中，定义了一个全局的互斥锁 mtx，和一个共享变量 count。increment_counter 函数中，先通过 mtx.lock() 获得互斥锁，然后对 count 进行自增操作，并输出结果。最后使用 mtx.unlock() 释放互斥锁。

在主函数中，创建两个线程 t1 和 t2 分别执行 increment_counter 函数。由于互斥锁的使用，每次只有一个线程能够对 count 进行自增操作，输出的结果也是按照顺序递增的。

2. 条件变量

条件变量（condition variable）是一种高级的同步机制，用于等待和通知线程状态的改变。当多个线程需要等待某个条件成立时，可以使用条件变量进行同步；当条件成立时，通过条件变量通知等待的线程。

例如，可以使用 std::condition_variable 类来定义条件变量。下面是一个简单的示例代码：


#include <iostream>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
int count = 0;
void increment_counter() {
 std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
 count++;
 std::cout << "Counter value: " << count << std::endl;
 cv.notify_all();
}
void wait_for_counter(int target_count) {
 std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
 cv.wait(lck, [&]() { return (count >= target_count); });
 std::cout << "Target count reached: " << count << std::endl;
}
int main() {
 std::thread t1(wait_for_counter, 5);
 std::thread t2(wait_for_counter, 10);
 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
 increment_counter();
 t1.join();
 t2.join();
 return 0;
}

在该示例中，定义了一个条件变量 cv，和一个共享变量 count。increment_counter 函数中，对 count 进行自增操作，并输出结果。wait_for_counter 函数中，首先获得互斥锁 mtx，然后使用 cv.wait() 等待条件成立，条件是 count 大于等于目标值 target_count。当条件成立时，cv.wait() 函数就会返回，并输出 "Target count reached: "。

在主函数中，创建两个线程 t1 和 t2 分别执行 wait_for_counter 函数，等待 count 值达到目标值。由于使用了条件变量的等待和通知机制，当 increment_counter 函数自增 count 值后，就会通知等待的线程，执行 wait_for_counter 函数中的逻辑。

总的来说，使用互斥锁和条件变量是 C++ 多线程编程中最基本和最常用的同步机制。在实际应用中可能还会用到信号量、读写锁、自旋锁等同步机制，需要根据具体的场景选择合适的同步机制。同时，需要注意同步机制的正确性和性能，在高并发场景下需要进行优化和测试。

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