Wie synchronisiere ich Threads in C++?

Thread-Synchronisation in C++ bezieht sich auf die Koordinierung des Thread-Zugriffs auf gemeinsam genutzte Ressourcen, um Datenkonkurrenz und Ressourcenzerstörung zu verhindern. Zu diesem Zweck können Mutexe verwendet werden, um den exklusiven Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen zu steuern, und Bedingungsvariablen können verwendet werden, um die Kommunikation zwischen Threads zu koordinieren. Im tatsächlichen Kampf werden Mutex-Sperren zur Verwaltung von Aufgabenwarteschlangen verwendet, während Bedingungsvariablen zum Aufwecken von Threads verwendet werden, die auf neue Aufgaben warten, wodurch eine koordinierte Ausführung von Multithread-Anwendungen erreicht wird.

Wie synchronisiere ich Threads in C++?

Thread-Synchronisierung verstehen

Thread-Synchronisierung bezieht sich auf die Koordinierung gleichzeitig ausgeführter Threads, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugreifen. Um dies zu erreichen, stehen in C++ verschiedene Synchronisationsmechanismen zur Verfügung.

Mutex (Mutex)

Ein Mutex ist eine Sperre, die zur Steuerung des exklusiven Zugriffs auf gemeinsam genutzte Ressourcen verwendet wird. Es darf jeweils nur ein Thread die Mutex-Sperre halten, was Datenwettläufe und Ressourcenbeschädigung verhindert.

Beispielcode:

#include <thread>
#include <mutex>

int shared_value = 0;

// 创建互斥锁
std::mutex m;

void increment_shared_value() {
  // 获取互斥锁
  m.lock();
  // 临界区：独占访问共享值
  ++shared_value;
  // 释放互斥锁
  m.unlock();
}

Bedingungsvariable (Bedingungsvariable)

Bedingungsvariablen werden verwendet, um die Kommunikation zwischen Threads zu koordinieren. Ein Thread kann eine Bedingungsvariable verwenden, um auf die Erfüllung einer bestimmten Bedingung zu warten, während ein anderer Thread notify_one() oder notify_all() verwenden kann, um den wartenden Thread aufzuwecken.

Beispielcode:

#include <thread>
#include <condition_variable>

bool condition_met = false;
std::condition_variable cv;
std::mutex m;

void wait_for_condition() {
  // 获取互斥锁
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
  
  // 等待条件得到满足
  cv.wait(lock, [] { return condition_met; });
  
  // 条件已得到满足，可以继续执行
  // ...
}

Praktischer Fall:

Stellen Sie sich ein Multithread-Programm vor, das mehrere Aufgaben verschiedenen Threads zuweist. Um die Ausführung von Aufgaben zu koordinieren, können wir Mutex-Sperren verwenden, um zu verhindern, dass mehrere Threads gleichzeitig auf die Aufgabenwarteschlange zugreifen. Bedingungsvariablen können verwendet werden, um Threads zu aktivieren, die auf neue Aufgaben warten.

Fazit:

Mutex-Sperren und Bedingungsvariablen sind leistungsstarke Synchronisierungsmechanismen in C++, sie ermöglichen uns die Steuerung des Ressourcenzugriffs und der Kommunikation zwischen Threads. Durch das Verständnis und die Nutzung dieser Mechanismen können wir robuste Multithread-Anwendungen schreiben, die die Multi-Core-Architektur moderner Computer voll ausnutzen.

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