C++ 多執行緒程式設計中的鎖的型別和用途有哪些？

C++ 多執行緒程式設計中鎖的類型包括：互斥鎖：確保一次只允許一個執行緒存取共享資源讀寫鎖：允許多個執行緒同時讀取共享資源，但一次只能有一個執行緒寫入自旋鎖：不斷檢查鎖的狀態，避免等待鎖可用條件變數：用於等待某個條件滿足

#C++ 多執行緒程式設計中的鎖的類型和用途

鎖定是多執行緒程式設計中用來協調執行緒存取共享資源的重要工具。在 C++ 中，有幾種類型的鎖，每種類型都有其獨特的用途。

1. 互斥鎖 (Mutex)

互斥鎖是最基本的鎖定類型，它一次只允許一個執行緒存取臨界區（共享資源）。

// 创建一个互斥锁
std::mutex mtx;

// 获取互斥锁（线程等待直到锁可用）
mtx.lock();

// 使用临界区
// ...

// 释放互斥锁（允许其他线程获取锁）
mtx.unlock();

2. 讀寫鎖定 (RWLock)

讀寫鎖定允許多個執行緒同時讀取共享資源，但一次只能有一個執行緒寫入。

// 创建一个读写锁
std::shared_timed_mutex rwmtx;

// 获取读锁（线程可以在其他线程读取时读取）
rwmtx.lock_shared();

// 获取写锁（线程必须独占访问共享资源）
rwmtx.lock();

// 读取或写入临界区
// ...

// 释放锁
rwmtx.unlock();
rwmtx.unlock_shared();

3. 自旋鎖(Spinlock)

自旋鎖定與互斥鎖類似，但當鎖不可用時，自旋鎖會不斷檢查鎖的狀態，而不是等待。

// 创建一个自旋锁
std::atomic_flag spinlock = ATOMIC_FLAG_INIT;

// 获取自旋锁
while (spinlock.test_and_set(std::memory_order_acquire));

// 使用临界区
// ...

// 释放自旋锁
spinlock.clear(std::memory_order_release);

4. 條件變數 (Condition Variable)

條件變數用來等待某個條件滿足。它與互斥鎖結合使用，允許執行緒在條件不滿足時等待，並喚醒執行緒繼續執行。

// 创建一个条件变量
std::condition_variable cv;

// 获取互斥锁
std::mutex mtx;
mtx.lock();

// 等待条件满足
cv.wait(mtx);

// 执行被唤醒后的操作
// ...

// 释放互斥锁
mtx.unlock();

實戰案例

考慮一個包含執行緒安全佇列的應用程式。佇列結構包含一個用於保護佇列操作的互斥鎖。

class Queue {
    private:
        std::queue<int> queue;
        std::mutex mtx;
    public:
        void push(int value) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            queue.push(value);
        }

        int pop() {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            int value = queue.front();
            queue.pop();
            return value;
        }
};

在多執行緒環境中，互斥鎖確保同時只有一個執行緒存取佇列，從而防止資料競爭和佇列損壞。

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