在并发编程中，多线程编程是一个常见的技术。C++提供了一组工具，如锁和条件变量，来帮助程序员实现多线程程序并保证线程安全。在本文中，我们将介绍C++中的多线程锁和条件变量，以及它们的使用方法和最佳实践。
1. 线程锁（Thread Locking）
线程锁是一种同步机制，用于保护共享资源，以防止多个线程同时访问和修改它。C++标准库提供了std::mutex类来实现线程锁。下面是一个使用线程锁的示例：
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mtx; // 创建一个互斥量
void printMessage(const std::string& message) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 锁住互斥量
for (int i = 0; i < 5; i++) {
std::cout << message << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}
int main() {
std::thread t1(printMessage, "Hello");
std::thread t2(printMessage, "World");
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
在上面的例子中，我们创建了一个std::mutex对象mtx，并在printMessage函数中使用std::lock_guard<std::mutex>来锁住互斥量。这样可以确保在一个线程访问共享资源时，其他线程将会被阻塞。
2. 条件变量（Conditional Variable）
条件变量用于在多线程之间进行通信，以避免线程之间的忙等待。条件变量通常与互斥量一起使用。C++标准库提供了std::condition_variable类来实现条件变量。下面的示例展示了如何使用条件变量：
#include <iostream>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool isReady = false;
void printMessage(const std::string& message) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return isReady; }); // 等待条件变量满足
for (int i = 0; i < 5; i++) {
std::cout << message << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}
void setReady() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
isReady = true;
cv.notify_all(); // 通知等待条件变量的线程
}
int main() {
std::thread t1(printMessage, "Hello");
std::thread t2(printMessage, "World");
std::thread t3(setReady);
t1.join();
t2.join();
t3.join();
return 0;
}
在上述代码中，我们使用了std::condition_variable来实现条件变量，同时使用了std::unique_lock<std::mutex>来锁住互斥量。cv.wait函数使用了一个lambda表达式作为谓词函数，判断条件变量是否满足。在setReady函数中，我们设置了isReady为true，然后通过cv.notify_all通知等待条件变量的线程。
3. 最佳实践
- 在使用线程锁和条件变量时，确保锁住的代码块尽可能小，以避免长时间占用锁。这有助于提高并发性能。
- 在使用条件变量时，确保只在条件满足时才调用
notify或notify_all，以避免浪费CPU资源。 - 尽量使用RAII（资源获取即初始化）技术，如
std::lock_guard和std::unique_lock来管理锁，以避免遗漏解锁的情况。 - 了解C++标准库提供的其他多线程机制，如
std::atomic来进行原子操作，以及std::future和std::promise来进行异步操作。
在编写多线程程序时，正确地使用线程锁和条件变量非常重要。良好的多线程设计可以提高程序的性能和稳定性。通过学习和掌握C++中的多线程编程技术，可以更好地利用多核处理器的优势并开发出高效的并发程序。
本文提供了线程锁和条件变量的介绍和示例代码，希望对读者有所帮助。但是请注意，多线程编程是一项复杂的任务，容易出现诸多问题。因此，在实际应用中，需要更深入地了解多线程编程的原理和技术，以确保程序的正确性和可靠性。
本文来自极简博客，作者：编程之路的点滴，转载请注明原文链接：C++中的多线程锁与条件变量
