C++ 동시 프로그래밍: 스레드 간 통신을 처리하는 방법은 무엇입니까?

C++의 스레드 간 통신 방법에는 공유 메모리, 동기화 메커니즘(뮤텍스 잠금, 조건 변수), 파이프 및 메시지 대기열이 포함됩니다. 예를 들어, 공유 카운터를 보호하기 위해 뮤텍스 잠금을 사용합니다. 뮤텍스 잠금(m)과 공유 변수(카운터)를 선언합니다. 각 스레드는 잠금(lock_guard)을 통해 카운터를 업데이트합니다. 경쟁 조건을 방지하기 위해.

C++ 동시 프로그래밍: 스레드 간 통신을 처리하는 방법은 무엇입니까?

멀티 스레드 애플리케이션에서 스레드는 작업을 조정하고 데이터를 공유하기 위해 서로 통신할 수 있어야 합니다. C++는 다음을 포함하여 스레드 간 통신을 구현하는 다양한 메커니즘을 제공합니다.

공유 메모리

공유 메모리를 사용하면 여러 스레드가 동일한 메모리 영역에 액세스할 수 있습니다. 이는 오버헤드가 낮은 접근 방식이지만 경쟁 조건을 방지하려면 주의가 필요합니다.

int shared_data = 0;

void thread_1() {
  shared_data++; // 可能会被其他线程同时访问
}

void thread_2() {
  shared_data++; // 可能会同时导致不正确的结果
}

동기화 메커니즘

동기화 메커니즘은 공유 리소스에 액세스할 때 스레드를 조정하는 데 사용할 수 있습니다.

Mutex(Mutex)

Mutex는 상호 배타적인 액세스를 제공하여 한 번에 하나의 스레드만 공유 리소스에 액세스할 수 있도록 합니다.

std::mutex m;

void thread_1() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  // 访问共享资源
}

void thread_2() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  // 访问共享资源
}

조건 변수

조건 변수를 사용하면 스레드가 특정 조건이 충족될 때까지 기다릴 수 있습니다.

std::condition_variable cv;
std::mutex m;

void producer() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  while (!condition) {
    // 等待条件满足
    cv.wait(l);
  }
  // 生产数据
}

void consumer() {
  std::lock_guard<std::mutex> l(m); // 获取互斥锁
  condition = true;
  cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程
}

Pipe

Pipe는 두 스레드 간에 데이터를 전송하는 데 사용되는 단방향 통신 메커니즘입니다.

std::pipe pipe;

void writer() {
  std::string message = "hello";
  std::write(pipe[1], message.c_str(), message.length());
}

void reader() {
  std::string message;
  std::read(pipe[0], message.data(), message.size());
}

Message Queue

Message Queue는 비동기식 메시지 전달 메커니즘을 제공합니다.

key_t key = ftok("message_queue", 'a');

int message_queue = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);

void sender() {
  Message msg;
  msg.mtext = "hello";
  msgsnd(message_queue, &msg, sizeof(msg.mtext), IPC_NOWAIT);
}

void receiver() {
  Message msg;
  msgrcv(message_queue, &msg, sizeof(msg.mtext), 0, 0);
}

실용 사례: 뮤텍스를 사용하여 공유 카운터 보호

여러 스레드에 의해 동시에 업데이트되어야 하는 공유 카운터가 있다고 가정해 보겠습니다. 뮤텍스를 사용하여 이 카운터를 보호할 수 있습니다.

std::mutex m;
int counter = 0;

void thread_1() {
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    std::lock_guard<std::mutex> l(m);
    counter++;
  }
}

void thread_2() {
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    std::lock_guard<std::mutex> l(m);
    counter--;
  }
}

이렇게 하면 주어진 시간에 하나의 스레드만 카운터를 업데이트할 수 있으므로 경쟁 조건이 방지됩니다.

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