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C++多线程的实现方式

2023-06-23 14:03:07 深夜i -- --

C++ 多线程实现方式线程同步线程安全

随着计算机技术的不断发展，多线程变得越来越重要。多线程可以将一个大的计算任务分成多个小的子任务，每个子任务可以被独立地执行，从而提高程序的效率和性能。C++是一个广泛使用的编程语言，它提供了多种多线程的实现方式。

1. 线程库

C++11引入了一个全新的线程库，它可以用来创建和管理线程。头文件是，在使用时需要加上命名空间std::。核心类是std::thread，创建线程可以使用构造函数，例如：


void thread_function()
  // 线程代码
int main()
{
  std::thread t(thread_function); // 创建一个线程并执行线程函数
  t.join(); // 等待线程执行结束
  return 0;
}

std::thread有许多成员函数，例如join()、detach()、swap()等，可以用于操作线程。当线程执行结束时，可以通过调用join()来等待线程结束。

2. 互斥量

在多线程应用程序中，多个线程会同时访问共享资源，例如内存、文件等。为了避免多个线程同时访问同一个共享资源，就需要使用互斥量。互斥量通过保护共享资源，使得每次只有一个线程可以访问该资源。

C++中的互斥量由std::mutex表示，可以通过lock()和unlock()成员函数进行加锁和解锁。例如：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void thread_function(int id)
{
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 加锁
  std::cout << "Thread " << id << " is running." << std::endl;
  // 执行线程代码
}
int main()
{
  std::thread t1(thread_function, 1); // 创建两个线程
  std::thread t2(thread_function, 2);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，使用std::lock_guard进行加锁操作，可以确保如果线程异常退出，互斥量会自动解锁，从而避免死锁的情况。

3. 条件变量

条件变量是一种同步机制，可以用来等待某个条件的发生。条件变量通常与互斥量配合使用，当条件不足时，线程会进入等待状态，等待条件满足后再继续执行。C++中的条件变量由std::condition_variable表示，具有wait()、notify_one()和notify_all()等成员函数。

例如：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void thread_function(int id)
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 加锁
  while (!ready) { // 循环等待条件变量
    cv.wait(lock);
  }
  std::cout << "Thread " << id << " is running." << std::endl;
  // 执行线程代码
}
int main()
{
  std::thread t1(thread_function, 1); // 创建两个线程
  std::thread t2(thread_function, 2);
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 等待2秒钟
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    ready = true; // 修改条件变量
    cv.notify_all(); // 通知所有等待条件变量的线程
  }
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，线程会等待条件变量ready变成true后再继续执行。在主线程中，通过修改ready变量并调用条件变量的notify_all()函数来通知等待线程的唤醒。

总结：

C++提供了多种多线程的实现方式，可以根据具体的应用场景选择合适的方式。线程库可以创建和管理线程，互斥量和条件变量可以保护共享资源和实现线程间的同步。在使用多线程时，需要注意线程间的互斥和同步，尽量避免死锁等问题的发生。

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