C++并发编程：如何处理线程间通信？

C 中线程间通信的方法包括：共享内存、同步机制（互斥锁、条件变量）、管道、消息队列。例如，使用互斥锁保护共享计数器：声明互斥锁（m）、共享变量（counter）；每个线程通过加锁（lock_guard）更新计数器；确保一次只有一个线程更新计数器，防止竞争条件。

C 并发编程：如何处理线程间通信？

在多线程应用程序中，线程需要能够互相通信以协调任务和共享数据。C 提供了多种机制来实现线程间通信，包括：

共享内存

使用共享内存，多个线程可以访问同一块内存区域。这是一种低开销的方法，但需要小心避免竞争条件。

int shared_data = 0;

void thread_1() {
  shared_data++; // 可能会被其他线程同时访问
}

void thread_2() {
  shared_data++; // 可能会同时导致不正确的结果
}

同步机制

同步机制可用于在访问共享资源时协调线程。

互斥锁（Mutex）

互斥锁提供互斥访问，确保一次只有一个线程可以访问共享资源。

std::mutex m;

void thread_1() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  // 访问共享资源
}

void thread_2() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  // 访问共享资源
}

条件变量（Condition Variable）

条件变量允许线程等待特定条件满足。

std::condition_variable cv;
std::mutex m;

void producer() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  while (!condition) {
    // 等待条件满足
    cv.wait(l);
  }
  // 生产数据
}

void consumer() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  condition = true;
  cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程
}

管道（Pipe）

管道是一种 unidirectional 通信机制，用于在两个线程之间传输数据。

std::pipe pipe;

void writer() {
  std::string message = "hello";
  std::write(pipe[1], message.c_str(), message.length());
}

void reader() {
  std::string message;
  std::read(pipe[0], message.data(), message.size());
}

消息队列（Message Queue）

消息队列提供了一种异步的消息传递机制。

key_t key = ftok("message_queue", 'a');

int message_queue = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);

void sender() {
  Message msg;
  msg.mtext = "hello";
  msgsnd(message_queue, &msg, sizeof(msg.mtext), IPC_NOWAIT);
}

void receiver() {
  Message msg;
  msgrcv(message_queue, &msg, sizeof(msg.mtext), 0, 0);
}

实战案例：使用互斥锁保护共享计数器

假设我们有一个共享计数器，需要由多个线程并发更新。我们可以使用互斥锁来保护这个计数器：

std::mutex m;
int counter = 0;

void thread_1() {
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    std::lock_guard<std::mutex> l(m);
    counter++;
  }
}

void thread_2() {
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    std::lock_guard<std::mutex> l(m);
    counter--;
  }
}

这样可以确保在任何给定时间只有一个线程可以更新计数器，从而防止竞争条件。

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