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C++多線程中的鎖和條件變量使用教程

來(lái)源:本站原創(chuàng)|時(shí)間:2020-01-10|欄目:C語(yǔ)言|點(diǎn)擊: 次

在做多線程編程時(shí),有兩個(gè)場(chǎng)景我們都會(huì)遇到:

  1. 多線程訪問(wèn)共享資源,需要用到鎖;
  2. 多線程間的狀態(tài)同步,這個(gè)可用的機(jī)制很多,條件變量是廣泛使用的一種。

今天我用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)給大家介紹下鎖和條件變量的使用。

代碼使用C++11

示例代碼

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
std::mutex       g_mutex;   // 用到的全局鎖
std::condition_variable g_cond;   // 用到的條件變量
int g_i    = 0;
bool g_running = true;
void ThreadFunc(int n) {       // 線程執(zhí)行函數(shù)
 for (int i = 0; i < n; ++i) {
  {
   std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);   // 加鎖,離開{}作用域后鎖釋放
   ++g_i;
   std::cout << "plus g_i by func thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  }
 }
 std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);    // 加鎖
 while (g_running) {
  std::cout << "wait for exit" << std::endl;
  g_cond.wait(lock);                // wait調(diào)用后,會(huì)先釋放鎖,之后進(jìn)入等待狀態(tài);當(dāng)其它進(jìn)程調(diào)用通知激活后,會(huì)再次加鎖
 }
 std::cout << "func thread exit" << std::endl;
}
int main() {
 int     n = 100;
 std::thread t1(ThreadFunc, n);    // 創(chuàng)建t1線程(func thread),t1會(huì)執(zhí)行`ThreadFunc`中的指令
 for (int i = 0; i < n; ++i) {
  {
   std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
   ++g_i;
   std::cout << "plus g_i by main thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  }
 }
 {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
  g_running = false;
  g_cond.notify_one();   // 通知其它線程
 }
 t1.join();     // 等待線程t1結(jié)束
 std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;
}

程序運(yùn)行后,關(guān)鍵輸出如下:

plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
wait for exit               // func thread等待main thread發(fā)來(lái)的退出信號(hào)
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
func thread exit
g_i = 200     // 鎖機(jī)制保證了g_i的正確

可以看到:

std::this_thread::get_id()
g_i

加鎖方法介紹

加鎖相關(guān)的代碼為:

{
 std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
 ......
}

要點(diǎn)為:

  • 首先,這在一個(gè)局部作用域內(nèi), std::lock_guard 在構(gòu)造時(shí),會(huì)調(diào)用 g_mutex->lock() 方法;
  • 局部作用域代碼結(jié)束后, std:;lock_guard 的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被調(diào)用,函數(shù)中會(huì)調(diào)用 g_mutex->unlock() 方法。

這樣就實(shí)現(xiàn)了加鎖和解鎖的過(guò)程,為什么不直接調(diào)用加鎖解鎖方法呢?

我想,這是因?yàn)槿绻渔i和解鎖中間的代碼出現(xiàn)了問(wèn)題,導(dǎo)致線程函數(shù)異常退出,那么這個(gè)鎖就一直無(wú)法得到釋放,其它線程處理的不好的話,就會(huì)造成死鎖了。

條件變量使用介紹

  • 當(dāng)線程調(diào)用 g_cond.wait(lock) 前要先手動(dòng)調(diào)用 lock->lock() ,這里是通過(guò) std::unique_lock 的構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)的;
  • 當(dāng)線程調(diào)用 g_cond.wait(lock) 進(jìn)入等待后,會(huì)調(diào)用 lock->unlock() 方法,所以這也是前面構(gòu)造lock時(shí)使用了 std::unique_lock ;
  • 通知使用的 g_cond.notify_one() ,這個(gè)可以通知一個(gè)線程,另外還有 g_cond.notify_all() 用于通知所有線程;
  • 線程收到通知的代碼放在一個(gè)while循環(huán)中,這是為了防止APUE中提到的虛假通知。

結(jié)束語(yǔ)

以上所述是小編給大家介紹的C++多線程中的鎖和條件變量使用教程,希望對(duì)大家有所幫助,如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言,小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)我們網(wǎng)站的支持!

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本文標(biāo)題:C++多線程中的鎖和條件變量使用教程

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