如何用 C++ 函式設計和實作可伸縮的並發系統？

透過遵循原子性、執行緒安全性、可重用性原則，並利用執行緒、鎖、原子變數等機制，C 提供了創建可擴展並發系統所需的強大特性，例如並行求和等實戰案例中所示。

利用C 函數來建構可擴展的並發系統

引言
在現代軟體開發中，並發性對於處理繁重的計算和提高應用程式響應能力至關重要。 C 提供了強大的平行和同時編程特性，使開發人員能夠設計高度可擴展的並發系統。

設計C 並發函數
設計有效的C 並發函數時，需要考慮以下關鍵原則：

• 原子性：函數更改的狀態在所有執行緒中應保持一致性和不可分割性。
• 執行緒安全性：函數應執行緒安全，這表示它可以在多個執行緒中並發執行而不出現資料競爭或死鎖。
• 可重複使用性：函數應設計為模組化和可重複使用，以促進程式碼重複使用和可維護性。

實作C 並發函數
C 提供了多種機制來實現並發，包括執行緒、鎖定和原子變數：

• 線程：每個執行緒都有自己獨立的執行流。可以使用 std::thread 庫建立和管理執行緒。
• 鎖定：鎖定用於協調對共享資源的存取。可以使用 std::mutex 函式庫建立和鎖住互斥體。
• 原子變數：原子變數是非執行緒安全的變量，但可以進行原子操作，例如讀取、寫入和修改。

實戰案例：並行求和

以下是如何使用C 並發函數編寫並行求和程式的範例：

#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>

std::mutex sum_mutex;
std::atomic_int total_sum;

void sum_partial(const std::vector<int>& numbers, size_t start, size_t end) {
  int partial_sum = 0;
  for (size_t i = start; i < end; ++i) {
    partial_sum += numbers[i];
  }

  // 使用锁保护共享变量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(sum_mutex);
  total_sum += partial_sum;
}

int main() {
  std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
  const size_t num_threads = 4;
  std::vector<std::thread> threads;

  // 分割向量并创建线程执行并行求和
  const size_t chunk_size = numbers.size() / num_threads;
  for (size_t i = 0; i < num_threads; ++i) {
    size_t start = i * chunk_size;
    size_t end = (i + 1) * chunk_size;
    threads.emplace_back(sum_partial, std::ref(numbers), start, end);
  }

  // 等待所有线程完成
  for (auto& thread : threads) {
    thread.join();
  }

  // 打印总和
  std::cout << "Total sum: " << total_sum << std::endl;
  return 0;
}

#結論
透過遵循正確的原則並利用C 提供的並發工具，開發人員可以創建高度可擴展和線程安全的並發系統。

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