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Comment résoudre le problème de concurrence entre les ressources multithread dans le développement C++

WBOY

Libérer： 2023-08-22 14:48:30

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Comment résoudre le problème de concurrence entre les ressources multithread dans le développement C++

Introduction :
Dans les applications informatiques modernes, le multithreading est devenu une technologie de développement courante. Le multithreading peut améliorer les capacités d'exécution simultanée d'un programme et tirer pleinement parti des processeurs multicœurs. Cependant, l'exécution simultanée de plusieurs threads entraînera également certains problèmes, le plus courant étant la concurrence entre les ressources. Cet article présentera les problèmes courants de concurrence entre les ressources multithread dans le développement C++ et proposera des solutions.

1. Qu'est-ce que le problème de concurrence entre les ressources multithread ? Le problème de concurrence entre les ressources multithread fait référence au problème selon lequel lorsque plusieurs threads accèdent à des ressources partagées en même temps, cela peut entraîner une incohérence des données ou des résultats d'exécution du programme qui ne sont pas alignés. avec des attentes. Les conditions de concurrence entre plusieurs threads peuvent inclure des opérations de lecture et d'écriture sur la mémoire partagée, l'accès aux fichiers ou aux bases de données, le contrôle des périphériques matériels, etc.

2. Problèmes courants de compétition de ressources multithread

Les conditions de concurrence font référence à plusieurs threads essayant d'accéder aux mêmes ressources partagées en même temps, ce qui entraîne des résultats d'exécution incertains. Par exemple, si plusieurs threads écrivent dans une variable globale en même temps, la dernière opération d'écriture peut écraser le résultat précédent. Les conditions de concurrence se produisent généralement lorsqu’il n’existe aucun mécanisme de synchronisation raisonnable entre les opérations entre deux ou plusieurs threads.
La condition d'exclusion mutuelle signifie que plusieurs threads tentent d'accéder à une ressource qui ne peut être accessible que par un seul thread en même temps, ce qui entraîne un désordre dans l'ordre d'exécution entre plusieurs threads. Par exemple, si plusieurs threads tentent d'ouvrir le même fichier en écriture en même temps, cela peut entraîner une confusion dans le contenu du fichier. Les conditions d'exclusion mutuelle peuvent généralement être résolues avec un verrouillage mutex.
Deadlock fait référence à une situation dans laquelle plusieurs threads s'attendent pour libérer des ressources, empêchant le programme de continuer à s'exécuter. Un blocage se produit généralement lorsque plusieurs threads se disputent les ressources via des verrous mutex et s'attendent. Pour résoudre le problème de blocage, vous devez faire attention à éviter d'attendre par cycles et à libérer des ressources de manière raisonnable.

3. Méthodes courantes pour résoudre les problèmes de concurrence de ressources multithread

L'utilisation du mécanisme de synchronisation est l'une des méthodes courantes pour résoudre les problèmes de concurrence de ressources multithread. Le mécanisme de synchronisation peut garantir l'ordre d'exécution entre plusieurs threads et l'exclusivité mutuelle de l'accès aux ressources. Les mécanismes de synchronisation couramment utilisés incluent les verrous mutex, les variables de condition, les sémaphores, etc. En utilisant correctement les mécanismes de synchronisation, vous pouvez éviter les problèmes liés aux conditions de concurrence et aux conditions d'exclusion mutuelle.
Enveloppez le segment de code susceptible de provoquer une condition de concurrence critique dans une section critique et protégez les ressources partagées via un mutex afin qu'un seul thread puisse accéder à ce code en même temps. Cela peut éviter les problèmes d'incohérence des données causés par plusieurs threads accédant simultanément à des ressources partagées.
Pour résoudre le problème de blocage, vous devez faire attention à éviter l'attente en boucle et à libérer les ressources de manière raisonnable. Vous pouvez utiliser l'ordre d'application des ressources pour éviter l'attente cyclique et la libération en temps opportun des ressources acquises pour éviter les blocages.
Pour les types de données simples, vous pouvez utiliser des opérations atomiques pour garantir un accès atomique aux ressources partagées. Les opérations atomiques font référence à des opérations qui ne seront pas interrompues et peuvent garantir l'intégrité de l'opération. C++11 introduit la bibliothèque d'opérations atomiques, qui peut facilement implémenter des opérations atomiques.

4. Conclusion

Le problème de la concurrence entre les ressources multithread est l'un des défis courants du développement C++. Grâce à l'utilisation raisonnable des mécanismes de synchronisation, des sections critiques, de la résolution des blocages et de l'utilisation d'opérations atomiques, les problèmes de concurrence entre les ressources multithread peuvent être résolus efficacement. Dans le développement réel, il est nécessaire de sélectionner des solutions appropriées basées sur des scénarios spécifiques et d'effectuer des tests et des réglages raisonnables pour garantir l'exactitude et les performances des programmes multithread.

Références :