C++ 동시 프로그래밍에서 스레드 동기화 메커니즘을 비교하고 선택합니까?

C++ 동시 프로그래밍의 스레드 동기화 메커니즘 비교 및 ​​선택

소개

멀티 스레드 프로그래밍에서 스레드 동기화는 데이터 경합을 방지하고 스레드 안전을 보장하는 데 중요합니다. C++는 여러 가지 스레드 동기화 메커니즘을 제공하며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 이 기사에서는 이러한 메커니즘을 비교하고 독자가 특정 애플리케이션에 가장 적합한 메커니즘을 선택하도록 안내합니다.

스레드 동기화 메커니즘

Mutex(뮤텍스, 뮤텍스 개체)

• 중요한 섹션에 대한 상호 배타적 액세스를 제공합니다.
• 장점: 간단하고 사용하기 쉬우며 효율성이 높습니다.
• 단점: 스레드가 뮤텍스를 획득하면 해제될 때까지 이를 보유하므로 교착 상태가 발생하기 쉽습니다.

조건 변수

• 는 특정 조건이 충족될 때 스레드가 대기할 수 있도록 뮤텍스와 함께 사용됩니다.
• 장점: 조건이 충족되지 않으면 스레드가 뮤텍스를 해제하므로 교착 상태를 피할 수 있습니다.
• 단점: 뮤텍스보다 더 복잡하고 약간 덜 효율적입니다.

Semaphore

• 공유 리소스에 대한 액세스를 제어합니다.
• 장점: 리소스의 가용성을 제어하고 스레드가 공유 리소스에 너무 많이 액세스하는 것을 방지할 수 있습니다.
• 단점: 뮤텍스 및 조건 변수보다 더 복잡하고 효율성이 떨어집니다.

읽기-쓰기 잠금

• 은 읽기 및 쓰기 액세스를 모두 지원하는 시나리오를 위해 설계되었습니다.
• 장점: 여러 스레드가 동시에 공유 데이터를 읽을 수 있도록 하고 하나의 스레드만 데이터를 쓸 수 있도록 허용합니다.
• 단점: 뮤텍스 및 조건 변수보다 더 복잡하고 약간 덜 효율적입니다.

원자적 연산

• 은 단일 변수 또는 메모리 위치에 대한 원자적 액세스를 제공합니다.
• 장점: 효율성이 높으며 다른 동기화 메커니즘이 필요하지 않습니다.
• 단점: 간단한 시나리오에만 적합하며 복잡한 동기화 요구 사항을 지원하지 않습니다.

선택 기준

적절한 동기화 메커니즘을 선택할 때 다음 요소를 고려해야 합니다.

• 중요 섹션의 복잡성: 중요 섹션이 더 복잡할수록 더 복잡한 동기화 메커니즘이 필요합니다.
• 교착 상태 가능성: 교착 상태가 문제인 경우 교착 상태를 피할 수 있는 메커니즘(예: 조건 변수)을 사용해야 합니다.
• 동시성 수준: 애플리케이션에 많은 수의 스레드가 포함된 경우 더 확장 가능한 메커니즘(예: 읽기-쓰기 잠금 또는 세마포어)을 사용해야 합니다.
• 효율성: 메커니즘의 오버헤드와 애플리케이션 성능에 미치는 영향을 고려하세요.

실용 사례

Mutex:

std::mutex m;
void myFunction() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    // 临界区代码
}

조건 변수:

std::mutex m;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void wait() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
}

void notify() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    ready = true;
    cv.notify_all();
}

세마포:

std::counting_semaphore<int> semaphore(5);
void myFunction() {
    semaphore.acquire();
    // 临界区代码
    semaphore.release();
}

읽기-쓰기 잠금:

아아아아

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