Sperr- und Synchronisationsmechanismus von C++-Funktionen in der gleichzeitigen Programmierung?

Die Funktionssperre und der Synchronisationsmechanismus in der gleichzeitigen C++-Programmierung werden verwendet, um den gleichzeitigen Zugriff auf Daten in einer Multithread-Umgebung zu verwalten und Datenkonkurrenz zu verhindern. Zu den Hauptmechanismen gehören: Mutex (Mutex): ein Synchronisierungsprimitiv auf niedriger Ebene, das sicherstellt, dass jeweils nur ein Thread auf den kritischen Abschnitt zugreift. Bedingungsvariable: Ermöglicht Threads, auf die Erfüllung von Bedingungen zu warten, und ermöglicht die Kommunikation zwischen Threads. Atomare Operation: Einzelanweisungsoperation, die eine Single-Thread-Aktualisierung von Variablen oder Daten gewährleistet, um Konflikte zu vermeiden.

Funktionssperre und Synchronisationsmechanismus in der gleichzeitigen C++-Programmierung

Bei der gleichzeitigen Programmierung in einer Multithread-Umgebung ist es von entscheidender Bedeutung, den gleichzeitigen Zugriff auf Daten zu verwalten. C++ bietet mehrere Mechanismen zum Implementieren von Funktionssperren und Synchronisierung, die dazu beitragen, Datenwettläufe und andere Thread-Sicherheitsprobleme zu verhindern.

Mutex (Mutex)

Ein Mutex ist ein Synchronisierungsprimitiv auf niedriger Ebene, das jeweils nur einem Thread den Zugriff auf einen kritischen Abschnitt (gemeinsam genutzte Daten oder Ressourcen) ermöglicht. Bevor der Thread den kritischen Abschnitt betritt, muss er den Mutex erwerben und ihn nach dem Verlassen des kritischen Abschnitts freigeben.

std::mutex mu;
void critical_section() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 临界区代码...

  // 释放互斥量（自动释放）
}

Bedingungsvariable

Eine Bedingungsvariable ermöglicht es einem Thread, darauf zu warten, dass eine bestimmte Bedingung erfüllt wird. Threads können auf eine Bedingungsvariable warten, bis ein anderer Thread ein Signal sendet.

std::condition_variable cv;
std::mutex mu;

void waiting_thread() {
  // 获得互斥量
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);

  // 在条件变量上等待
  cv.wait(lock);

  // 条件满足（可选），进行后续操作...

  // 释放互斥量
}

void signalling_thread() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 条件得到满足，发送信号
  cv.notify_one();

  // 释放互斥量（自动释放）
}

Atomic Operation

Atomic Operation ist eine einzelne Anweisung, die während der Ausführung nicht von anderen Threads unterbrochen werden kann. Dies kann verwendet werden, um Single-Thread-Updates von Variablen oder Daten sicherzustellen.

std::atomic_flag busy_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;

void set_busy_flag() {
  // 原子方式地设置 busy_flag
  busy_flag.test_and_set(std::memory_order_release);
}

bool is_busy() {
  // 原子方式地获取 busy_flag 的值
  return busy_flag.test(std::memory_order_acquire);
}

Praktischer Fall

Stellen Sie sich eine Multithread-Anwendung vor, bei der Threads auf eine gemeinsam genutzte Zählervariable zugreifen müssen. Um Datenwettläufe zu verhindern, verwenden wir einen Mutex, um den Zugriff auf den Zähler zu synchronisieren.

std::mutex mu;
int counter = 0;

void increment_counter() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 增加计数器
  ++counter;
}

Durch die Verwendung dieser Synchronisierungsmechanismen können wir einen sicheren und effizienten Zugriff und Austausch von Daten in einer Multithread-Umgebung gewährleisten.

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