C++ 다중 스레드 프로그래밍의 동시성 문제 분석

C++ 멀티스레드 프로그래밍의 동시성 문제 분석

컴퓨터 하드웨어의 지속적인 발전으로 멀티코어 프로세서가 주류가 되었습니다. 이런 경우 멀티코어 프로세서의 성능을 최대한 활용하기 위해 멀티스레딩을 사용하는 것이 프로그램 개발에 있어 중요한 기술이 됐다. 그러나 멀티 스레드 프로그래밍에서는 여러 스레드 간의 동시 작업으로 인해 일부 문제가 종종 발생합니다. 이러한 문제를 동시성 문제라고 합니다. 이 기사에서는 특정 코드 예제를 사용하여 C++ 다중 스레드 프로그래밍의 동시성 문제를 분석합니다.

1. 스레드 간 공유 리소스 경쟁

여러 스레드가 동시에 공유 리소스에 접근하여 수정하게 되면 데이터 경쟁이 일어나기 쉽습니다. 데이터 경합의 결과는 예측할 수 없으며 프로그램 오류가 발생할 수 있습니다. 다음은 간단한 샘플 코드입니다.

#include <iostream>
#include <thread>

int count = 0;

void increment()
{
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        count++;
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "count: " << count << std::endl;

    return 0;
}

위 코드에서는 두 개의 스레드가 동시에 카운트를 증가시킵니다. 두 개의 스레드가 동시에 액세스하고 수정 횟수를 변경하므로 데이터 경쟁이 발생할 가능성이 높습니다. 위 코드를 실행한 결과는 정의되지 않았으며 실행될 때마다 다를 수 있습니다.

이 문제에 대한 해결책은 뮤텍스 잠금 또는 원자 연산을 도입하는 것입니다. 위 코드 개선:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

int count = 0;
std::mutex mtx;

void increment()
{
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        count++;
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "count: " << count << std::endl;

    return 0;
}

개선된 코드에서는 std::lock_guard<std::mutex>를 통해 뮤텍스 잠금 mtx가 도입되었습니다. 뮤텍스 잠금 자동 잠금 및 잠금 해제 . 이런 방식으로 increment 함수에서 count를 수정하면 하나의 스레드만 동시에 공유 리소스에 액세스하고 수정할 수 있도록 먼저 잠깁니다. 향상된 코드를 실행하면 올바른 결과를 얻을 수 있습니다. mtx，通过std::lock_guard<std::mutex>来对互斥锁进行自动加锁和解锁。这样，在increment函数中对count进行修改时，会先加锁，保证同一时间只有一个线程能够访问和修改共享资源。运行改进后的代码，可以得到正确的结果。

2. 死锁

另一个常见的并发问题是死锁。死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放锁而无法继续执行的情况。以下是一个简单的死锁示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx1, mtx2;

void thread1()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock1(mtx1);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::lock_guard<std::mutex> lock2(mtx2);

    std::cout << "Thread 1" << std::endl;
}

void thread2()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock2(mtx2);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::lock_guard<std::mutex> lock1(mtx1);

    std::cout << "Thread 2" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t1(thread1);
    std::thread t2(thread2);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

上述代码中，thread1和thread2两个线程分别对mtx1和mtx2进行加锁。但是在加锁后，它们又试图对另一个锁进行加锁，从而形成了相互等待的死锁情况。这将导致程序无法继续执行。

解决死锁问题的方法是对锁的获取顺序进行统一。即，所有线程在获取锁的时候，都按照相同的顺序获取锁。修改上述代码：

void thread1()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock1(mtx1);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::lock_guard<std::mutex> lock2(mtx2);

    std::cout << "Thread 1" << std::endl;
}

void thread2()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock1(mtx1);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::lock_guard<std::mutex> lock2(mtx2);

    std::cout << "Thread 2" << std::endl;
}

在改进后的代码中，对锁的获取顺序进行了统一，都是先获取mtx1，再获取mtx2

Deadlock

또 다른 일반적인 동시성 문제는 교착 상태입니다. 교착 상태는 두 개 이상의 스레드가 서로 잠금을 해제할 때까지 기다리는 동안 실행을 계속할 수 없는 상황입니다. 다음은 간단한 교착 상태 예제 코드입니다.

rrreee🎜위 코드에서 두 스레드 thread1 및 thread2는 mtx1 및 mtx2는 잠금을 수행합니다. 그러나 잠긴 후에 또 다른 자물쇠를 잠그려고 하여 서로를 기다리는 교착상태에 빠지게 된다. 이렇게 하면 프로그램이 계속 진행되지 않습니다. 🎜🎜교착상태 문제를 해결하는 방법은 잠금 획득 순서를 통일하는 것입니다. 즉, 모든 스레드는 잠금을 획득할 때 동일한 순서로 잠금을 획득합니다. 위 코드 수정: 🎜rrreee🎜개선된 코드에서는 잠금 획득 순서가 통일되었습니다. mtx1을 먼저 획득한 다음 mtx2를 획득합니다. 이런 방법으로 교착상태 발생을 방지할 수 있습니다. 🎜🎜요약: 🎜🎜멀티 스레드 프로그래밍의 동시성 문제는 프로그램 개발에서 흔히 발생하는 문제 중 하나입니다. 이 기사에서는 특정 코드 예제를 통해 공유 리소스 경쟁 및 동시성 문제의 교착 상태 문제를 간략하게 소개하고 해당 솔루션을 제공합니다. 실제 프로그래밍에서는 동시성 문제를 방지하고 프로그램 작동의 정확성과 안정성을 보장하기 위해 멀티스레드 프로그래밍의 원리와 기술을 더 깊이 이해해야 합니다. 🎜

위 내용은 C++ 다중 스레드 프로그래밍의 동시성 문제 분석의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!