并发编程中 C++ 函数的锁与同步机制？

C 并发编程中函数锁和同步机制用于管理多线程环境中数据的并发访问，防止数据竞争。主要机制包括：互斥量 (Mutex)：低级同步原语，确保一次只有一个线程访问临界区。条件变量 (Condition Variable)：允许线程等待条件满足，提供线程间通信。原子操作：单指令操作，确保变量或数据的单线程更新，防止冲突。

C 并发编程中的函数锁和同步机制

在多线程环境中进行并发编程时，管理数据的并发访问至关重要。C 提供了几种机制来实现函数锁和同步，这有助于防止数据竞争和其他线程安全问题。

互斥量 (Mutex)

互斥量是一种低级别的同步原语，它允许一次只有一个线程访问临界区（共享数据或资源）。在进入临界区之前，线程必须获得互斥量，并在退出临界区后释放它。

std::mutex mu;
void critical_section() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 临界区代码...

  // 释放互斥量（自动释放）
}

条件变量 (Condition Variable)

条件变量允许线程等待某个条件满足。线程可以在条件变量上等待，直到其他线程发出一个信号。

std::condition_variable cv;
std::mutex mu;

void waiting_thread() {
  // 获得互斥量
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);

  // 在条件变量上等待
  cv.wait(lock);

  // 条件满足（可选），进行后续操作...

  // 释放互斥量
}

void signalling_thread() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 条件得到满足，发送信号
  cv.notify_one();

  // 释放互斥量（自动释放）
}

原子操作

原子操作是一条单指令，在执行期间不能被其他线程中断。这可以用于确保变量或数据的单线程更新。

std::atomic_flag busy_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;

void set_busy_flag() {
  // 原子方式地设置 busy_flag
  busy_flag.test_and_set(std::memory_order_release);
}

bool is_busy() {
  // 原子方式地获取 busy_flag 的值
  return busy_flag.test(std::memory_order_acquire);
}

实战案例

考虑一个多线程应用，其中线程需要访问共享的计数器变量。为了防止数据竞争，我们使用互斥量来同步对计数器的访问。

std::mutex mu;
int counter = 0;

void increment_counter() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 增加计数器
  ++counter;
}

通过使用这些同步机制，我们可以确保在多线程环境中安全且高效地访问和共享数据。

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