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C++ 并发编程中的同步原语详解

WBOY

发布： 2024-05-18 12:33:01

原创

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在 c++++ 多线程编程中，同步原语的作用是保证多个线程访问共享资源时的正确性，它包括：互斥锁（mutex）：保护共享资源，防止同时访问；条件变量（condition variable）：线程等待特定条件满足才继续执行；原子操作：保证操作以不可中断的方式执行。

C++ 并发编程中的同步原语详解

C++ 并发编程中的同步原语详解

在多线程编程中，同步原语是至关重要的，它可以保证多个线程访问共享资源时的正确性。C++ 提供了丰富的同步原语，包括互斥锁、条件变量和原子操作。

互斥锁 (Mutex)

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互斥锁是一个用于保护共享资源的同步机制。当一个线程获得互斥锁后，其他线程将被阻塞，直到互斥锁被释放。在 C++ 中，可以使用 std::mutex 类来实现互斥锁：

std::mutex mtx;
// ...
{
    // 获取互斥锁
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    // 临界区
} // 互斥锁在离开作用域时自动释放

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条件变量 (Condition Variable)

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条件变量允许线程等待某个特定条件满足才继续执行。在 C++ 中，可以使用 std::condition_variable 类来实现条件变量：

std::condition_variable cv;
// ...
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    // 等待条件满足
    cv.wait(lock);
    // 执行条件满足后要执行的代码
}

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原子操作

原子操作保证一个操作以不可中断的方式执行。在 C++ 中，可以使用 atomic 库来进行原子操作：

std::atomic<int> counter;
// ...
counter++; // 原子地增加 counter 的值

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实战案例

考虑一个有共享计数器和写入线程的程序。写入线程需要原子地增加计数器，而读取线程需要保护地读取计数器：

std::atomic<int> counter;
std::mutex mtx;

// 写入线程
void write_thread() {
    while (true) {
        // 原子地增加计数器
        counter++;
    }
}

// 读取线程
void read_thread() {
    while (true) {
        // 保护地读取计数器
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(write_thread);
    std::thread t2(read_thread);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

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