C++ 线程 一些同步方式

• C++ 线程
• 一些同步方式
  • 1.互斥锁（Mutex）
  • 2. 读写锁（Reader-Writer Lock）
  • 3. 信号量（Semaphore）
  • 4. 原子操作（Atomic）
  • 5. 屏障（Barrier）
  • 6. 条件变量（Condition Variable）

一些同步方式

在多线程编程中，除了条件变量（condition variable）之外，还有其他几种常见的同步机制，每种机制都有其特定的使用场景和优势。以下是一些常见的同步方式：

1.互斥锁（Mutex）

互斥锁是最基本的同步机制，用于保护共享数据，防止多个线程同时访问导致数据竞争。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>// 声明一个互斥锁对象
std::mutex mtx;// 声明一个共享数据变量，初始值为0
int shared_data = 0;// 线程函数：增加共享数据的值
void increment() {// 使用lock_guard锁定互斥锁，确保线程安全std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);// 增加共享数据的值shared_data++;
}int main() {// 创建两个线程，每个线程调用increment函数std::thread t1(increment);std::thread t2(increment);// 等待两个线程完成t1.join();t2.join();// 输出共享数据的最终值std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}

2. 读写锁（Reader-Writer Lock）

读写锁允许多个读线程同时访问共享数据，但写线程独占访问。适用于读多写少的场景。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>// 声明一个读写锁对象
std::shared_mutex rw_mtx;// 声明一个共享数据变量，初始值为0
int shared_data = 0;// 读线程函数：读取共享数据的值
void read() {// 使用shared_lock锁定读写锁，允许多个读线程同时访问std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx);// 输出读取到的共享数据的值std::cout << "Read data: " << shared_data << std::endl;
}// 写线程函数：增加共享数据的值
void write() {// 使用unique_lock锁定读写锁，独占访问，阻止其他读写线程std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx);// 增加共享数据的值shared_data++;// 输出写入后的共享数据的值std::cout << "Write data: " << shared_data << std::endl;
}int main() {// 创建一个读线程和一个写线程std::thread t1(read);std::thread t2(write);// 等待两个线程完成t1.join();t2.join();// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}

3. 信号量（Semaphore）

信号量用于控制对共享资源的访问，可以用于线程间的同步和互斥。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <semaphore>// 声明一个计数信号量对象，初始值为1
std::counting_semaphore<1> sem(1);// 声明一个共享数据变量，初始值为0
int shared_data = 0;// 线程函数：增加共享数据的值
void increment() {// 获取信号量，阻塞直到信号量可用sem.acquire();// 增加共享数据的值shared_data++;// 释放信号量，允许其他线程获取sem.release();
}int main() {// 创建两个线程，每个线程调用increment函数std::thread t1(increment);std::thread t2(increment);// 等待两个线程完成t1.join();t2.join();// 输出共享数据的最终值std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}

4. 原子操作（Atomic）

原子操作提供了一种无锁的同步机制，适用于对单个变量的简单操作。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>// 声明一个原子整数变量，初始值为0
std::atomic<int> shared_data(0);// 线程函数：增加共享数据的值
void increment() {// 使用原子操作增加共享数据的值shared_data++;
}int main() {// 创建两个线程，每个线程调用increment函数std::thread t1(increment);std::thread t2(increment);// 等待两个线程完成t1.join();t2.join();// 输出共享数据的最终值std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}

5. 屏障（Barrier）

#include <iostream>
#include <thread>
#include <barrier>// 声明一个屏障对象，初始计数为3
std::barrier bar(3);// 工作线程函数：模拟工作并使用屏障进行同步
void worker() {// 输出工作线程开始的信息std::cout << "Worker started" << std::endl;// 到达屏障并等待，直到所有线程都到达屏障bar.arrive_and_wait();// 输出工作线程结束的信息std::cout << "Worker finished" << std::endl;
}int main() {// 创建三个线程，每个线程调用worker函数std::thread t1(worker);std::thread t2(worker);std::thread t3(worker);// 等待三个线程完成t1.join();t2.join();t3.join();// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}

6. 条件变量（Condition Variable）

条件变量用于在一个线程等待某个条件成立时挂起该线程，并在条件成立时通知该线程继续执行。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>// 声明一个互斥锁对象
std::mutex mtx;// 声明一个条件变量对象
std::condition_variable cv;// 声明一个布尔变量，用于表示条件是否成立
bool ready = false;// 工作线程函数：等待条件成立并开始工作
void worker() {// 使用unique_lock锁定互斥锁std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);// 等待条件变量，直到ready为truecv.wait(lock, []{ return ready; });// 输出工作线程开始的信息std::cout << "Worker started" << std::endl;
}// 触发线程函数：设置条件并通知等待的线程
void trigger() {// 使用lock_guard锁定互斥锁std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);// 设置ready为true，表示条件成立ready = true;// 通知一个等待的线程cv.notify_one();
}int main() {// 创建一个工作线程和一个触发线程std::thread t1(worker);std::thread t2(trigger);// 等待两个线程完成t1.join();t2.join();// 返回0，表示程序正常结束return 0;
}