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如何安全地在C++多线程中使用共享变量

2023-07-13 00:59:58 深夜i 20 0

C++ 多线程共享变量安全同步机制

在C++多线程中，共享变量被多个线程所使用，因此需要特别注意如何安全使用这些变量。不正确的使用共享变量可能会导致未定义的行为，包括数据损坏和竞争条件的出现。本文将介绍几种安全使用共享变量的方法。

1.使用互斥锁

互斥锁是一种保护共享变量的方法。使用std::mutex类可以定义互斥锁，并在读写共享变量时使用std::lock_guard类来保护它们。

例如，下面是一个使用互斥锁保护共享变量的示例：

#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mutex;
int shared_variable;
void worker()
{
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
  shared_variable++;
}
int main()
{
  std::thread t1(worker);
  std::thread t2(worker);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，每个线程都会增加共享变量。使用std::lock_guard确保对共享变量的访问是安全的。

2.使用原子变量

原子变量是一种特殊类型的变量，可以保证在多线程环境下的原子性操作。C++11引入了std::atomic模板来定义原子变量。

下面是一个使用原子变量保护共享变量的示例：

#include <atomic>
#include <thread>
std::atomic<int> shared_variable;
void worker()
{
  shared_variable++;
}
int main()
{
  std::thread t1(worker);
  std::thread t2(worker);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，每个线程都会增加共享变量。使用std::atomic确保对共享变量的访问是安全的。

3.使用条件变量

在一些情况下，线程需要等待共享变量的特定值，然后继续执行。使用条件变量可以实现这个功能。

C++11引入了std::condition_variable类来实现条件变量。

下面是一个使用条件变量等待共享变量的特定值的示例：

#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;
int shared_variable;
void worker()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
  shared_variable = 1;
  cv.notify_one();
}
int main()
{
  std::thread t1(worker);
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    cv.wait(lock, []() return shared_variable == 1; );
  }
  t1.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，主线程等待共享变量的值为1。使用std::condition_variable实现等待操作，等待直到shared_variable的值等于1，然后唤醒主线程。

总结

以上是几种安全使用C++多线程中共享变量的方法，如果不正确地使用共享变量，则可能导致潜在的问题，这些问题可能很难调试。因此，在使用共享变量时要格外小心，始终使用适当的保护机制，并避免在多个线程之间共享可变状态。

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