Comparez et contrastez les mécanismes de synchronisation des threads C++ dans les architectures de serveur

Afin de garantir un accès ordonné des threads aux ressources partagées dans un environnement multithread, C++ fournit le mécanisme de synchronisation des threads suivant : Mutex (Mutex) : fournit un accès mutuellement exclusif aux sections critiques pour garantir qu'un seul thread accède en même temps. . Variable de condition (Condition Variable) : utilisée conjointement avec un verrou mutex pour poursuivre l'exécution après avoir attendu que des conditions spécifiques soient remplies. Verrouillage Reader-Writer : permet à plusieurs threads de lire des ressources partagées en même temps, mais n'autorise qu'un seul thread à écrire. Sémaphore : contrôle l'accès aux ressources limitées et assure la fonction d'attendre que les ressources soient disponibles et de les libérer. Dans des cas pratiques, nous pouvons utiliser des verrous mutex pour protéger l'accès aux files d'attente thread-safe et garantir la sécurité des threads des opérations push et pop.

Comparaison et contraste du mécanisme de synchronisation des threads C++

Dans un environnement multithread, le mécanisme de synchronisation des threads est crucial. Il garantit un accès ordonné aux ressources partagées entre les threads et évite la concurrence et les blocages de données. Le langage C++ propose plusieurs mécanismes de synchronisation des threads, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Cet article comparera et contrastera les mécanismes de synchronisation de threads les plus couramment utilisés en C++ et fournira des exemples pratiques.

Mutex (Mutex)

Mutex est le mécanisme de synchronisation de threads le plus basique. Il fournit une exclusion mutuelle via l'accès à la section critique, garantissant qu'un seul thread peut accéder à la section critique à tout moment. Les verrous mutex peuvent être créés via la classe std::mutex. std::mutex 类创建。

// 创建互斥锁
std::mutex m;

// 加锁
m.lock();

// 访问临界区
// ...

// 解锁
m.unlock();

条件变量（Condition Variable）

条件变量用于等待特定条件满足后才继续执行。它通常与互斥锁配合使用，以保证条件检查和状态更新的原子性。

// 创建条件变量
std::condition_variable cv;

// 获取锁
std::mutex m;
m.lock();

// 等待条件满足
while (!condition) {
  cv.wait(m);
}

// 更新状态
// ... 

// 解锁
m.unlock();

读写锁（Reader-Writer Lock）

读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只有单个线程可以写入共享资源。这提高了读取操作的性能，同时保证了写入操作的排他性。C++ 中可以使用 std::shared_mutex 类创建读写锁。

// 创建读写锁
std::shared_mutex rw;

// 获取读锁
rw.lock_shared();

// 读取共享资源
// ...

// 解锁读锁
rw.unlock_shared();

// 获取写锁
rw.lock();

// 写入共享资源
// ...

// 解锁写锁
rw.unlock();

信号量（Semaphore）

信号量是一个同步原语，用于控制对有限资源的访问。它提供了等待资源可用并释放资源的功能。

// 创建信号量，初始值为 3
std::counting_semaphore<3> sem(3);

// 等待资源可用
sem.acquire();

// 使用资源
// ...

// 释放资源
sem.release();

实战案例

线程安全队列

假设我们有一个用于管理任务的线程安全队列。队列的 push 和 pop

// 线程安全队列类
struct Queue {
  std::mutex m;
  std::queue<int> q;
  
  void push(int value) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m); // 自动获取和释放锁
    q.push(value);
  }
  
  int pop() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    if (q.empty()) {
      throw std::runtime_error("队列为空");
    }
    int value = q.front();
    q.pop();
    return value;
  }
};

Variable de condition

La variable de condition est utilisée pour attendre que des conditions spécifiques soient remplies avant de poursuivre l'exécution. Il est souvent utilisé conjointement avec des verrous mutex pour garantir l'atomicité des vérifications de condition et des mises à jour de statut. 🎜rrreee🎜🎜Reader-Writer Lock🎜🎜🎜Read-Writer Lock permet à plusieurs threads de lire des ressources partagées en même temps, mais un seul thread peut écrire sur des ressources partagées. Cela améliore les performances des opérations de lecture tout en garantissant l'exclusivité des opérations d'écriture. En C++, vous pouvez utiliser la classe std::shared_mutex pour créer des verrous en lecture-écriture. 🎜rrreee🎜🎜Semaphore🎜🎜🎜Semaphore est une primitive de synchronisation utilisée pour contrôler l'accès à des ressources limitées. Il fournit une fonctionnalité permettant d'attendre que les ressources soient disponibles et de les libérer. 🎜rrreee🎜🎜Cas pratique🎜🎜🎜🎜File d'attente thread-safe🎜🎜🎜Supposons que nous ayons une file d'attente thread-safe pour gérer les tâches. Les opérations push et pop de la file d'attente doivent être thread-safe pour éviter les courses de données. 🎜🎜Nous pouvons utiliser un mutex pour protéger l'accès à la file d'attente, comme indiqué ci-dessous : 🎜rrreee🎜En utilisant un mutex, nous garantissons qu'un seul thread peut accéder à la file d'attente à tout moment, garantissant ainsi la sécurité des threads. 🎜

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!