C++20的同步原语latch和barrier怎么用_C++多线程编程中的栅栏同步机制

穿越時空

发布： 2025-11-25 17:19:02

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latch是一次性同步工具，用于等待计数归零后释放所有线程，适用于单次等待场景；barrier支持重复使用，允许多轮同步，适合周期性或分阶段的并行任务。

c++20的同步原语latch和barrier怎么用_c++多线程编程中的栅栏同步机制

在C++20中，latch 和 barrier 是新增的两种同步原语，用于简化多线程编程中的等待逻辑。它们都属于“栅栏”类同步机制，但用途和行为有所不同。

什么是 latch？

latch（闩锁）是一种一次性使用的同步工具，允许一个或多个线程等待，直到某个计数器递减到零。一旦计数归零，所有等待的线程被释放，且 latch 不可重用。

主要操作包括：

count_down(n)：将内部计数减少 n。
wait()：阻塞当前线程，直到计数变为 0。
arrive_and_wait()：等价于 count_down(1) 后调用 wait()。
try_wait()：非阻塞检查是否已到达终点。

常见使用场景是主线程启动多个工作线程后，等待它们全部完成。

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// 示例：使用 std::latch 等待所有线程完成

include <thread>

include <vector>

include <latch>

include <iostream>

void worker(int id, std::latch& latch) {
std::cout << "Worker " << id << " is working...\n";
// 模拟工作
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100 * (id + 1)));
latch.count_down(1); // 完成任务，计数减一
}

int main() {
const int N = 3;
std::latch latch(N);
std::vector<std::thread> workers;

for (int i = 0; i < N; ++i) {
workers.emplace_back(worker, i, std::ref(latch));
}

latch.wait(); // 主线程等待所有 worker 完成
std::cout << "All workers done!\n";

for (auto& w : workers) w.join();
return 0;
}

什么是 barrier？

barrier（屏障）支持重复使用，允许多个线程在某个点汇合。当指定数量的线程调用 arrive() 或 arrive_and_wait() 后，所有线程被同时释放，并可重新开始下一轮同步。

与 latch 不同的是，barrier 可以循环使用，适合周期性同步场景，比如多阶段并行算法。

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关键操作：

arrive()：通知已到达，可能触发 completion 钩子函数。
arrive_and_wait()：到达并等待其他线程。

completion 函数会在每次所有线程会合后执行一次，通常用于重置状态或切换阶段。

// 示例：使用 std::barrier 实现两阶段并行任务

include <thread>

include <vector>

include <barrier>

include <iostream>

include <chrono>

void stage_worker(int id, std::barrier<>& phase_barrier) {
// 第一阶段
std::cout << "Worker " << id << " finishing stage 1\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
phase_barrier.arrive_and_wait(); // 等待所有线程完成第一阶段

// 第二阶段
std::cout << "Worker " << id << " finishing stage 2\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
phase_barrier.arrive_and_wait(); // 等待第二阶段完成
}

int main() {
const int N = 3;
std::barrier<> barrier(N);
std::vector<std::thread> workers;

for (int i = 0; i < N; ++i) {
workers.emplace_back(stage_worker, i, std::ref(barrier));
}

for (auto& w : workers) w.join();
std::cout << "All phases completed.\n";
return 0;
}