C++ 開発経験の共有: C++ 同時プログラミングの実践的な経験

C 開発経験の共有: C 同時プログラミングの実践体験

はじめに:
今日の急速な技術開発の時代では、マルチコア プロセッサが中核となっています。コンピュータ システムの主流。したがって、同時プログラミングは開発者にとって必要なスキルの 1 つになっています。同時プログラミングの世界では、C はその強力なマルチスレッド サポートと効率的なパフォーマンスにより広く使用されています。ただし、同時プログラミングは簡単ではなく、開発者はある程度の実践経験を習得する必要があります。この記事では、C 開発における同時プログラミングにおける私の実践的な経験の一部を共有します。

1. 正しいスレッド ライブラリを選択する
C 自体には組み込みのスレッド クラスがありませんが、スレッド プログラミングにサードパーティのライブラリを使用します。したがって、スレッド ライブラリを正しく選択することが、同時プログラミングを成功させる鍵となります。一般的な C スレッド ライブラリには、C 11 標準ライブラリの POSIX スレッド ライブラリ (pthread) と std::thread が含まれます。 POSIX スレッド ライブラリはクロスプラットフォームですが、使用が面倒で、スレッドの作成、破棄、同期を手動で管理する必要があります。 std::thread は C 11 で導入された新機能で、より簡潔で使いやすく、より豊富なスレッド機能を提供します。したがって、私は並行プログラミングには std::thread を使用することを好みます。

2. ミューテックス ロックの合理的な使用
マルチスレッド プログラムでは、共有リソースへのアクセスと変更が必然的に発生します。共有リソースの一貫性を確保するには、同期にミューテックス ロックを使用する必要があります。ただし、ミューテックス ロックを不適切に使用すると、デッドロックやパフォーマンスの低下が発生する可能性があります。したがって、ミューテックス ロックの合理的な使用は、マルチスレッド プログラムの正確性と効率性を確保する上で重要な要素となります。

まず第一に、ミューテックス ロックを過度に使用せず、必要な場合にのみ使用してください。ミューテックス ロックの粒度が小さいほど、同時実行性は高くなります。たとえば、複数のデータ メンバーを操作する場合は、グローバル ミューテックスを使用する代わりに、粒度の細かいミューテックスを使用して同時実行性を向上させます。

2 番目に、複数のロック間のデッドロックを回避します。デッドロックとは、2 つ (またはそれ以上) のスレッドが互いのロックを待機していることを指します。これは実際の開発では非常に一般的です。デッドロックを回避するには、スレッドが 1 つのロックのみを取得するか、固定された順序で複数のロックを取得するようにしてください。

最後に、RAII (リソース取得は初期化) テクノロジを使用してミューテックス ロックを管理してみます。 RAII テクノロジーにより、スコープの終了時にミューテックス ロックが確実に解放されるため、ロックの解放を忘れるという問題が回避されます。

3. アトミック操作の使用に注意する
ミューテックス ロックに加えて、アトミック操作も同時プログラミングの一般的な方法です。アトミック操作は、マルチスレッド環境での正確性を保証する特別な操作です。 std::atomic テンプレート クラスは、アトミック操作をカプセル化するために C 11 標準ライブラリで提供されています。

アトミック操作を使用する場合は、次の原則に従う必要があります。まず、複雑なデータ構造ではなく、単一の変数に対してのみアトミック操作を実行します。次に、アトミック操作自体は低レベルの操作であるため、複雑な同期ロジックの実装にはアトミック操作の使用を避け、代わりにミューテックス ロックなどの高レベルの同期メカニズムを使用する必要があります。最後に、アトミック操作を使用する場合は、適用範囲に注意し、効率を向上させるためにアトミック操作の使用頻度を減らす必要があります。

4. 競合状態を回避する
競合状態はマルチスレッド プログラムでよく見られる問題であり、複数のスレッドが同じリソース上で動作する場合、結果の正確性はスレッドの実行順序に依存します。競合状態を回避するには、いくつかの戦略を採用できます。

まず、リソースの共有を避けてください。共有リソースは、マルチスレッド プログラミングにおいて競合状態を引き起こす可能性が最も高い場所であるため、リソースをプライベート化し、共有を減らすようにしてください。 2 番目に、同期に条件変数を使用します。条件変数を使用すると、特定の条件が満たされたときにスレッドが実行を継続できるため、スレッドのビジー待機が回避されます。最後に、逐次整合性モデルを使用します。逐次一貫性モデルにより、マルチスレッド プログラムがプログラム直列化方式で実行されるようになり、競合状態が回避されます。

結論:
同時プログラミングは C 開発において重要な役割を果たします。同時プログラミングを正しく使用すると、マルチコア プロセッサのパフォーマンスを最大限に引き出すことができます。この記事では、適切なスレッド ライブラリの選択、ミューテックス ロックの合理的な使用、アトミック操作の使用への注意、競合状態の回避など、C 同時プログラミングの実践的な経験を共有します。これらの経験を共有することで、読者が C 同時プログラミングをより適切に実行し、プログラムのパフォーマンスと正確性を向上させるのに役立つことを願っています。

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