快捷導(dǎo)航

C++多線程編程和同步機制實例演示

更新時間：2023年09月03日 15:30:59 作者：小萬哥

C++中的多線程編程和同步機制使得程序員可以利用計算機的多核心來提高程序的運行效率和性能,本文將介紹多線程編程和同步機制的基本概念和使用方法

多線程編程基礎(chǔ)

在C++中，使用<thread>庫來創(chuàng)建和管理線程。線程可以通過函數(shù)、成員函數(shù)或者Lambda表達(dá)式來實現(xiàn)。

以下是一個使用Lambda表達(dá)式來創(chuàng)建線程的例子：

#include <thread>
#include <iostream>
int main() {
    std::thread t([](){
        std::cout << "Hello from thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    });
    t.join();
    return 0;
}

上述代碼創(chuàng)建了一個線程并輸出了該線程的ID。在創(chuàng)建線程時，需要將線程函數(shù)作為參數(shù)傳遞給std::thread。

在上述例子中，我們使用了Lambda表達(dá)式來定義線程函數(shù)，該表達(dá)式會輸出一行文本。

同步機制

多線程編程中最常見的問題是數(shù)據(jù)競爭和死鎖。為了避免這些問題，我們需要使用同步機制來控制線程的訪問。

互斥量

互斥量是C++中最常用的同步機制之一。互斥量可以保證同一時間只有一個線程可以訪問共享資源。

以下是一個使用互斥量來保護(hù)共享資源的例子：

#include <thread>
#include <mutex>
#include <iostream>
std::mutex mtx;
void thread_func() {
    mtx.lock();
    std::cout << "Hello from thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    mtx.unlock();
}
int main() {
    std::thread t1(thread_func);
    std::thread t2(thread_func);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

上述代碼創(chuàng)建了兩個線程，并使用互斥量來保護(hù)共享資源。在線程函數(shù)中，我們先調(diào)用mtx.lock()函數(shù)來鎖定互斥量，然后訪問共享資源，最后再調(diào)用mtx.unlock()函數(shù)來釋放互斥量。

在上述例子中，我們使用了兩個線程來訪問共享資源，但是只有一個線程可以訪問該資源。

這是因為在一個線程訪問共享資源時，該資源會被鎖定，其他線程無法訪問該資源，直到該線程釋放互斥量為止。

條件變量

條件變量是C++中另一個常用的同步機制。條件變量可以讓線程在某些條件滿足時才繼續(xù)執(zhí)行，否則就等待。

以下是一個使用條件變量來同步線程的例子：

#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <iostream>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void consumer() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, [](){ return ready; });
    std::cout << "Hello from consumer thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}
void producer() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    ready = true;
    cv.notify_one();
}
int main() {
    std::thread t1(consumer);
    std::thread t2(producer);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

上述代碼創(chuàng)建了兩個線程，一個生產(chǎn)者線程和一個消費者線程。生產(chǎn)者線程在1秒后將ready變量設(shè)置為true，然后通知消費者線程繼續(xù)執(zhí)行。

消費者線程等待條件變量cv，直到ready變量的值為true為止。

在該例子中，我們使用了條件變量來同步生產(chǎn)者和消費者線程。