C++中的线程安全如何实现？

在多线程环境中，实现线程安全至关重要，以避免数据损坏。C++ 中提供以下机制：1. 互斥锁（std::mutex）确保一次只允许一个线程访问共享数据；2. 条件变量（std::condition_variable）允许线程等待特定条件为真；3. 读写锁（std::shared_mutex）允许多个线程同时读取共享数据，但只能一个线程写入。这些机制通过同步不同线程对共享资源的访问，保障程序在多线程环境下的稳定性和数据完整性。

C++ 中的线程安全实现

引言

在多线程环境中，如果多个线程同时访问共享数据而未进行同步，则可能导致数据损坏或应用程序崩溃。为了防止此类问题，我们需要实现线程安全。

互斥锁

互斥锁是一种同步原语，允许一次只允许一个线程访问某一部分代码或数据。在 C++ 中，可以使用 std::mutex 来创建互斥锁，如下所示：

std::mutex m;

要获取互斥锁，请使用 lock() 方法：

m.lock();

当不再需要时释放互斥锁：

m.unlock();

互斥锁的优点是简单易用，但缺点是如果一个线程长时间持有互斥锁，则其他线程可能需要很长时间才能获得互斥锁。

条件变量

条件变量与互斥锁一起使用，允许线程等待某个条件变为真。在 C++ 中，可以使用 std::condition_variable 来创建条件变量，如下所示：

std::condition_variable cv;

要等待条件变量，请使用 wait() 方法，如下所示：

m.lock();
cv.wait(m);
m.unlock();

这将使线程进入休眠状态，直到另一个线程使用 cv.notify_one() 或 cv.notify_all() 唤醒它。

读写锁

读写锁是一种特殊的互斥锁，它允许多个线程同时读取共享数据，但一次只能允许一个线程写入共享数据。在 C++ 中，可以使用 std::shared_mutex 来创建读写锁，如下所示：

std::shared_mutex rw;

要获取读锁，请使用 lock_shared() 方法：

rw.lock_shared();

要获取写锁，请使用 lock() 方法：

rw.lock();

实战案例

假设我们有一个银行账户类，它跟踪账户余额：

class BankAccount {
    std::mutex m;
    std::condition_variable cv;
    int balance;

public:
    int get_balance() {
        m.lock();
        int b = balance;
        m.unlock();
        return b;
    }

    void deposit(int amount) {
        m.lock();
        balance += amount;
        cv.notify_all();
        m.unlock();
    }

    void withdraw(int amount) {
        m.lock();
        while (balance < amount) {
            cv.wait(m);
        }
        balance -= amount;
        m.unlock();
    }
};

在这个示例中，我们使用互斥锁来保护余额变量，并使用条件变量来允许线程在余额不足以满足取款时等待。

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