如何用Linux C++实现并发控制

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2025/4/10 3:32:22
栏目: 编程语言
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在Linux环境下使用C++实现并发控制,通常会涉及到多线程编程和同步机制。以下是一些基本的步骤和概念,以及如何在C++中使用它们:

  1. 多线程编程

    • 使用<thread>库来创建和管理线程。
    • 每个线程可以执行不同的任务或者协同工作以完成一个复杂的任务。
  2. 同步机制

    • 为了防止多个线程同时访问共享资源导致的数据竞争,需要使用同步机制。
    • 常见的同步机制包括互斥锁(mutex)、条件变量(condition variable)、信号量(semaphore)和原子操作(atomic operations)。

下面是一个简单的例子,展示了如何使用<thread><mutex>来实现并发控制:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx; // 创建一个互斥锁

void print_block(int n, char c) {
    mtx.lock(); // 加锁
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << '\n';
    mtx.unlock(); // 解锁
}

int main() {
    std::thread th1(print_block, 50, '*');
    std::thread th2(print_block, 50, '$');

    th1.join(); // 等待线程1完成
    th2.join(); // 等待线程2完成

    return 0;
}

在这个例子中,print_block函数用于打印字符直到达到指定的数量。我们使用std::mutex来确保同一时间只有一个线程可以执行打印操作。

除了互斥锁,C++标准库还提供了其他同步原语,例如:

  • std::lock_guard:一个方便的RAII风格的互斥锁管理类,它在构造时锁定互斥锁,在析构时自动解锁。
  • std::unique_lock:一个更灵活的互斥锁管理类,它允许延迟锁定、时间锁定、递归锁定等。
  • std::condition_variable:用于线程间的等待/通知机制。
  • std::atomic:用于实现原子操作,保证操作的原子性,避免数据竞争。

下面是使用std::lock_guardstd::condition_variable的一个例子:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck, []{return ready;}); // 等待直到ready为true
    std::cout << "Thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all(); // 通知所有等待的线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!

    for (auto &th : threads) th.join();

    return 0;
}

在这个例子中,我们创建了10个线程,它们都在等待一个信号。主线程通过调用go函数来发出信号,使得所有等待的线程同时开始执行。

并发编程是一个复杂的主题,需要仔细考虑线程安全和资源管理。在实际应用中,还需要考虑死锁、活锁、饥饿等问题,并采取相应的预防措施。

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