欧美bbbwbbbw肥妇,免费乱码人妻系列日韩,一级黄片

C++線程間的互斥和通信場景分析

 更新時間:2021年05月21日 10:31:41   作者:Redamanc  
很多朋友對C++線程間的互斥和通信知識掌握不是多牢靠,今天小編通過模擬車站賣票應用場景給大家詳細解析C++線程間的互斥和通信知識,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

互斥鎖(mutex)

為了更好地理解,互斥鎖,我們可以首先來看這么一個應用場景:模擬車站賣票。

模擬車站賣票

場景說明:
Yang車站售賣從亞特蘭蒂斯到古巴比倫的時光飛船票;因為機會難得,所以票數(shù)有限,一經(jīng)發(fā)售,謝絕補票。
飛船票總數(shù):100張;
售賣窗口:3個。
對于珍貴的飛船票來說,這個資源是互斥的,比如第100張票,只能賣給一個人,不可能同時賣給兩個人。3個窗口都有權限去售賣飛船票(唯一合法途徑)。

不加鎖的結果

根據(jù)場景說明,我們可以很快地分析如下:
可以使用三個線程來模擬三個獨立的窗口同時進行賣票;
定義一個全局變量,每當一個窗口賣出一張票,就對這個變量進行減減操作。
故寫出如下代碼:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <list>
using namespace std;

int tickets = 100; // 車站剩余票數(shù)總數(shù)

void sellTickets(int win)
{
	while (tickets > 0)
	{
		{
			if (tickets > 0)
			{
				cout << "窗口:" << win << " 賣出了第:" << tickets << "張票!" << endl;
				tickets--;
			}
			std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(400));
		}
	}
}

int main()
{
	list<std::thread> tlist;
	for (int i = 1; i <= 3; ++i)
	{
		tlist.push_back(std::thread(sellTickets, i));
	}
	for (std::thread& t : tlist)
	{
		t.join();
	}
	cout << "所有窗口賣票結束!" << endl;

	return 0;
}

運行結果如下:

在這里插入圖片描述

通過運行,我們可以發(fā)現(xiàn)問題:
對于一張票來說,賣出去了多次!
這不白嫖嗎???這合適嗎?
原因也很簡單,對于線程來說,誰先執(zhí)行,誰后執(zhí)行,完全是根據(jù)CPU的調(diào)度,根本不可能掌握清楚。
所以,這個代碼是線程不安全的!
那,怎么解決呢?
當然是:互斥鎖了!

加鎖后的結果

我們對上述代碼做出如下修改:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <list>
#include <mutex>
using namespace std;

int tickets = 100; 
std::mutex mtx;

void sellTickets(int win)
{
	while (tickets > 0)
	{
		{
			lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
			if (tickets > 0)
			{
				cout << "窗口:" << win << " 賣出了第:" << tickets << "張票!" << endl;
				tickets--;
			}
			std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(400));
		}
	}
}

int main()
{
	list<std::thread> tlist;
	for (int i = 1; i <= 3; ++i)
	{
		tlist.push_back(std::thread(sellTickets, i));
	}
	for (std::thread& t : tlist)
	{
		t.join();
	}
	cout << "所有窗口賣票結束!" << endl;

	return 0;
}

首先定義了一個全局的互斥鎖std::mutex mtx;接著在對票數(shù)tickets進行減減操作時,定義了lock_guard,這個就相當于智能指針scoped_ptr一樣,可以出了作用域自動釋放鎖資源。
運行結果如下:

在這里插入圖片描述

我們可以看到這一次,就沒問題了。

簡單總結

互斥鎖的使用可以有三種:
(首先都需要在全局定義互斥鎖std::mutex mtx

  • 首先可以直接在需要加鎖和解鎖的地方,手動進行:加鎖mtx.lock()、解鎖mtx.unlock()
  • 可以在需要加鎖的地方定義保護鎖:lock_guard<std::mutex> lock(mtx),這個鎖在定義的時候自動上鎖,出了作用域自動解鎖。(其實就是借助了智能指針的思想,定義對象出調(diào)用構造函數(shù)底層調(diào)用lock(),出了作用域調(diào)用析構函數(shù)底層調(diào)用unlock());
  • 可以在需要加鎖的地方定義唯一鎖:unique_lock<std::mutex> lock(mtx),這個鎖和保護鎖類似,但是比保護鎖更加好用。(可以類比智能指針中的scoped_ptrunique_ptr的區(qū)別,二者都是將拷貝構造和賦值重載函數(shù)刪除了,但是unique_ptrunique_lock都定義了帶有右值引用的拷貝構造和賦值)

條件變量(conditon_variable)

如果說,互斥鎖是為了解決線程間互斥的問題,那么,條件變量就是為了解決線程間通信的問題。
同樣的,我們可以首先來看一個問題(模型):

生產(chǎn)者消費者線程模型

生產(chǎn)者消費者線程模型是一個很經(jīng)典的線程模型;
首先會有兩個線程,一個是生產(chǎn)者,一個是消費者,生產(chǎn)者只負責生產(chǎn)資源,消費者只負責消費資源。

產(chǎn)生問題

根據(jù)上述互斥鎖的理解,我們可以寫出如下代碼:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <queue>
using namespace std;

std::mutex mtx; 

class Queue
{
public:
	void put(int num)
	{
		lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
		que.push(num);
		cout << "生產(chǎn)者,生產(chǎn)了:" << num << "號產(chǎn)品" << endl;
	}
	void get()
	{
		lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
		int val = que.front();
		que.pop();
		cout << "消費者,消費了:" << val << "號產(chǎn)品" << endl;
	}
private:
	queue<int> que;
};

void producer(Queue* que)
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		que->put(i);
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
	}
}

void consumer(Queue* que)
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		que->get();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
	}
}
int main()
{
	Queue que;

	std::thread t1(producer, &que);
	std::thread t2(consumer, &que);

	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

同樣的,我們定義了兩個線程:t1t2分別作為生產(chǎn)者消費者,并且定義了兩個線程函數(shù)producerconsumer,這兩個函數(shù)接受一個Queue*的參數(shù),并且通過這個指針調(diào)用putget方法,這兩個方法就是往資源隊列里面執(zhí)行入隊和出隊操作。
運行結果如下:

在這里插入圖片描述

我們會發(fā)現(xiàn),出錯了。
多運行幾次試試:

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

我們發(fā)現(xiàn),每次運行的結果還都不一樣,但是都會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的問題。
仔細來看這個錯誤原因:

在這里插入圖片描述

我們再想想這個代碼的邏輯:
一個生產(chǎn)者只負責生產(chǎn);
一個消費者只負責消費;
他們共同在隊列里面存取資源;
存取資源操作本身是互斥的。
發(fā)現(xiàn)問題了嗎?
這兩個線程之間彼此的操作獨立,換句話說,
沒有通信!
生產(chǎn)者生產(chǎn)的時候,消費者不知道;
消費者消費的時候,生產(chǎn)者也不知道;
但是消費者是要從隊列里面取資源的,如果某一個時刻,隊列里為空了,它就不能取了!

解決問題

分析完問題之后,我們知道了:
問題出在:沒有通信上面。
那么如何解決通信問題呢?
當然就是:條件變量了!
我們做出如下代碼的修改:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <queue>
#include <condition_variable>
using namespace std;

std::mutex mtx; // 互斥鎖,用于線程間互斥
std::condition_variable cv;// 條件變量,用于線程間通信

class Queue
{
public:
	void put(int num)
	{
		unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
		while (!que.empty())
		{
			cv.wait(lck);
		}
		que.push(num);
		cv.notify_all();
		cout << "生產(chǎn)者,生產(chǎn)了:" << num << "號產(chǎn)品" << endl;
	}
	void get()
	{
		unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
		while (que.empty())
		{
			cv.wait(lck);
		}
		int val = que.front();
		que.pop();
		cv.notify_all();
		cout << "消費者,消費了:" << val << "號產(chǎn)品" << endl;
	}
private:
	queue<int> que;
};

void producer(Queue* que)
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		que->put(i);
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
	}
}

void consumer(Queue* que)
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		que->get();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
	}
}
int main()
{
	Queue que;

	std::thread t1(producer, &que);
	std::thread t2(consumer, &que);

	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

這個時候我們再來看運行結果:

在這里插入圖片描述

這個時候就是:
生產(chǎn)一個、消費一個。

原子類型(atomic)

我們前面遇到線程不安全的問題,主要是因為涉及++--操作的時候,有可能被其他的線程干擾,所以使用了互斥鎖。
只允許得到的線程進行操作;
其他沒有得到的線程只能眼巴巴的干看著。
但是,對于互斥鎖來說,它是比較重的,它對于臨界區(qū)代碼做的事情比較復雜。
簡單來說,如果只是為了++--這樣的簡單操作互斥的話,使用互斥鎖,就有點殺雞用牛刀的意味了。
那么有沒有比互斥鎖更加輕量的,并且能夠解決問題的呢?
當然有,就是我們要說的原子類型

簡單使用

我們可以簡單設置一個場景:
定義十個線程,對一個公有的變量myCount進行task的操作,該操作是對變量進行100次的++。
所以,如果順利,我們會最終得到myCount = 1000。
代碼如下:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <list>

volatile std::atomic_bool isReady = false;
volatile std::atomic_int myCount = 0;

void task()
{
	while (!isReady)
	{
		// 線程讓出當前的CPU時間片,等待下一次調(diào)度
		std::this_thread::yield();
	}

	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		myCount++;
	}
}

int main()
{
	std::list<std::thread> tlist;
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		tlist.push_back(std::thread(task));
	}

	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
	isReady = true;

	for (std::thread& it : tlist)
	{
		it.join();
	}
	std::cout << "myCount:" << myCount << std::endl;

	return 0;
}

運行結果如下:

在這里插入圖片描述

改良車站賣票

對于原子類型來說,使用方法非常簡單:
首先包含頭文件:#include <atomic>
接著把需要原子操作的變量定義為對應的原子類型就好:
bool -> atomic_bool;
int -> atomic_int;
其他同理。
理解了這個以后,我們可以使用原子類型對我們的車站賣票進行改良:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <list>
#include <mutex>
#include <atomic>
using namespace std;

std::atomic_int tickets = 100; // 車站剩余票數(shù)總數(shù)

void sellTickets(int win)
{
	while (tickets > 0)
	{
		tickets--;
		cout << "窗口:" << win << " 賣出了第:" << tickets << "張票!" << endl;
	}
}

int main()
{
	list<std::thread> tlist;
	for (int i = 1; i <= 3; ++i)
	{
		tlist.push_back(std::thread(sellTickets, i));
	}
	for (std::thread& t : tlist)
	{
		t.join();
	}
	cout << "所有窗口賣票結束!" << endl;

	return 0;
}

可以看到,從代碼長度來說就輕量了很多!
運行結果如下:

在這里插入圖片描述

雖然還有部分打印亂序的情況:
(畢竟線程的執(zhí)行順序誰也摸不清 😦 )
但是,代碼的邏輯沒有問題!
不會出現(xiàn)一張票被賣了多次的情況!
這個原子類型也被叫做:無鎖類型,像是一些無鎖隊列之類的實現(xiàn),就是靠的這個東西。

以上就是C++線程間的互斥和通信的詳細內(nèi)容,更多關于C++線程間通信的資料請關注腳本之家其它相關文章!

相關文章

  • C及C++中typedef的簡單使用介紹

    C及C++中typedef的簡單使用介紹

    C/C++中關鍵字typedef的理解不是多透徹,今天小編抽空給大家分享下C及C++中typedef的簡單使用介紹,需要的朋友可以參考下
    2016-10-10
  • 實現(xiàn)一個內(nèi)存池管理的類方法

    實現(xiàn)一個內(nèi)存池管理的類方法

    下面小編就為大家?guī)硪黄獙崿F(xiàn)一個內(nèi)存池管理的類方法。小編覺得挺不錯的現(xiàn)在就分享給大家,也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧
    2017-01-01
  • C++用mysql自帶的頭文件連接數(shù)據(jù)庫

    C++用mysql自帶的頭文件連接數(shù)據(jù)庫

    現(xiàn)在正做一個接口,通過不同的連接字符串操作不同的數(shù)據(jù)庫。要用到mysql數(shù)據(jù)庫。通過網(wǎng)上的一些資料和自己的摸索,大致清楚了C++連接mysql的方法??梢酝ㄟ^2種方法實現(xiàn)。第一種方法是利用ADO連接,第二種方法是利用mysql自己的api函數(shù)進行連接。今天主要來講解下使用API
    2016-07-07
  • C++中atof?函數(shù)的介紹

    C++中atof?函數(shù)的介紹

    這篇文章主要給大家分享的是C++中atof?函數(shù)的介紹,在?stdlib.h?中?atof?函數(shù),可用于將?char?字符串轉為?float?/?double?浮點數(shù)類型,想具體了解語法的小伙伴可以參考下面文章的內(nèi)容,希望對大家有所幫助
    2021-11-11
  • C++實現(xiàn)LeetCode(188.買賣股票的最佳時間之四)

    C++實現(xiàn)LeetCode(188.買賣股票的最佳時間之四)

    這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(188.買賣股票的最佳時間之四),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下
    2021-08-08
  • OpenCV利用高斯模糊實現(xiàn)簡單的磨皮美顏效果

    OpenCV利用高斯模糊實現(xiàn)簡單的磨皮美顏效果

    這篇文章主要介紹了通過OpenCV中的高斯模糊以及雙邊模糊來實現(xiàn)一個簡單的磨皮美顏效果,文中的講解很詳細,感興趣的同學可以學習一下
    2021-12-12
  • C語言 二級指針詳解及示例代碼

    C語言 二級指針詳解及示例代碼

    本文主要介紹C語言 二級指針,這里整理了C語言中二級指針的基礎資料并附有示例代碼和實現(xiàn)結果,幫助大家學習理解相關知識,有學習的朋友可以參考下
    2016-08-08
  • c病毒程序原理分析(防范病毒 c語言小病毒示例)

    c病毒程序原理分析(防范病毒 c語言小病毒示例)

    這篇文章主要介紹了病毒程序原理,寫個小程序做演示,大家可以參考這個以防中相似C病毒
    2013-12-12
  • 基于C語言實現(xiàn)的貪吃蛇游戲完整實例代碼

    基于C語言實現(xiàn)的貪吃蛇游戲完整實例代碼

    這篇文章主要介紹了基于C語言實現(xiàn)的貪吃蛇游戲完整實例代碼,對于學習游戲開發(fā)的朋友有一定的借鑒價值,需要的朋友可以參考下
    2014-08-08
  • visual studio 2015下boost庫配置教程

    visual studio 2015下boost庫配置教程

    這篇文章主要為大家詳細介紹了visual studio 2015下boost庫的配置教程,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們可以參考一下
    2017-04-04

最新評論