C++ 並發程式設計中的同步原語詳解

在C 多執行緒程式設計中，同步原語的作用是保證多個執行緒存取共享資源時的正確性，它包括：互斥鎖（Mutex）：保護共享資源，防止同時存取；條件變數（Condition Variable）：執行緒等待特定條件滿足才繼續執行；原子操作：保證操作以不可中斷的方式執行。

C 並發程式設計中的同步原語詳解

在多執行緒程式設計中，同步原語是至關重要的，它可以保證多個執行緒存取共享資源時的正確性。 C 提供了豐富的同步原語，包括互斥鎖、條件變數和原子操作。

互斥鎖定 (Mutex)

互斥鎖是用來保護共用資源的同步機制。當一個執行緒獲得互斥鎖後，其他執行緒將被阻塞，直到互斥鎖被釋放。在C 中，可以使用std::mutex 類別來實作互斥鎖：

std::mutex mtx;
// ...
{
    // 获取互斥锁
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    // 临界区
} // 互斥锁在离开作用域时自动释放

條件變數(Condition Variable)

##條件變數允許執行緒等待某個特定條件滿足才繼續執行。在C 中，可以使用

std::condition_variable 類別來實作條件變數：

std::condition_variable cv;
// ...
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    // 等待条件满足
    cv.wait(lock);
    // 执行条件满足后要执行的代码
}

原子運算

原子運算保證一個運算不可中斷的方式執行。在 C 中，可以使用 atomic 函式庫來進行原子操作：

std::atomic<int> counter;
// ...
counter++; // 原子地增加 counter 的值

實戰案例

考慮一個有共用計數器和寫入執行緒的程式。寫入執行緒需要原子地增加計數器，而讀取執行緒需要保護地讀取計數器：

std::atomic<int> counter;
std::mutex mtx;

// 写入线程
void write_thread() {
    while (true) {
        // 原子地增加计数器
        counter++;
    }
}

// 读取线程
void read_thread() {
    while (true) {
        // 保护地读取计数器
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(write_thread);
    std::thread t2(read_thread);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

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