C++ 同時プログラミングにおけるデータ構造の同時実行安全設計?

C++ 同時プログラミングでは、データ構造の同時実行安全設計が重要です: クリティカル セクション: ミューテックスを使用して、同時に 1 つのスレッドのみが実行できるコード ブロックを作成します。読み取り/書き込みロック: 複数のスレッドが同時に読み取ることを許可しますが、同時に書き込むことができるスレッドは 1 つだけです。ロックフリーのデータ構造: アトミック操作を使用して、ロックなしで同時実行の安全性を実現します。実際のケース: スレッド セーフ キュー: クリティカル セクションを使用してキュー操作を保護し、スレッド セーフを実現します。

C++ 同時プログラミングにおけるデータ構造の同時実行安全設計

同時プログラミングでは、データ構造のスレッド安全性を確保することが重要です。これにより、複数のスレッドがデータ構造に同時にアクセスして変更するときの不整合やデータ破損が防止されます。この記事では、C++ 同時プログラミングにおけるさまざまなデータ構造の同時実行安全な設計手法を紹介し、実践的な例を示します。

クリティカル セクション
クリティカル セクションは、同時に 1 つのスレッドによってのみ実行できるコードのブロックです。 C++ では、以下に示すように、ミューテックス ロック (std::mutex) を使用してクリティカル セクションを作成できます。

std::mutex m;
void func() {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
  // 受保护的临界区代码
}

読み取り/書き込みロック
読み取り/書き込みロックにより、複数のスレッドが同時にデータ構造を読み取ることができます。時間はかかりますが、同時に読み取ることができるのは 1 つのスレッドによる書き込みのみです。 C++11 では、読み取り/書き込みロックは std::shared_timed_mutex 経由で実装できます。

std::shared_timed_mutex rw_lock;
void read_func() {
  std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> lock(rw_lock);
  // 读操作
}

void write_func() {
  std::unique_lock<std::shared_timed_mutex> lock(rw_lock);
  // 写操作
}

ロックフリー データ構造
ロックフリー データ構造は、ロックなしで同時実行の安全性を実現するために特定のトリックを使用します。一般的なアプローチは、単一の分割できない操作で読み取りと書き込みを実行するアトミック操作を使用することです。 C++ では、std::atomic8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c を使用してアトミック変数を作成できます。

std::atomic<int> counter;
void inc_counter() {
  ++counter;
}

実践的な例: スレッド セーフ キュー
以下は、スレッド セーフ キューの実装の例です。セクション キュー操作を保護し、キューのスレッドセーフを実現します。

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