C++中的執行緒安全如何實作？

在多執行緒環境中，實現執行緒安全性至關重要，以避免資料損壞。 C++ 中提供以下機制：1. 互斥鎖（std::mutex）確保一次只允許一個執行緒存取共享資料；2. 條件變數（std::condition_variable）允許執行緒等待特定條件為真；3. 讀寫鎖（std::shared_mutex）允許多個執行緒同時讀取共享數據，但只能一個執行緒寫入。這些機制透過同步不同執行緒對共享資源的訪問，保障程序在多執行緒環境下的穩定性和資料完整性。

C++ 中的執行緒安全實作

引言

##在多執行緒環境中，如果多個執行緒同時存取共享資料而未進行同步，則可能導致資料損壞或應用程式崩潰。為了防止此類問題，我們需要實現線程安全。

互斥鎖

互斥鎖是一種同步原語，允許一次只允許一個執行緒存取某一部分程式碼或資料。在C++ 中，可以使用

std::mutex 來建立互斥鎖，如下所示：

std::mutex m;

要取得互斥鎖，請使用

lock()方法：

m.lock();

當不再需要時釋放互斥鎖：

m.unlock();

互斥鎖的優點是簡單易用，但缺點是如果一個執行緒長時間持有互斥鎖，則其他執行緒可能需要很長時間才能獲得互斥鎖。

條件變數

條件變數與互斥鎖一起使用，允許執行緒等待某個條件變成真。在C++ 中，可以使用

std::condition_variable 來建立條件變量，如下所示：

std::condition_variable cv;

要等待條件變量，請使用

wait() 方法，如下所示：

m.lock();
cv.wait(m);
m.unlock();

這將使執行緒進入休眠狀態，直到另一個執行緒使用

cv.notify_one() 或cv.notify_all() 喚醒它。

讀取寫入鎖

讀寫鎖是一種特殊的互斥鎖，它允許多個執行緒同時讀取共享數據，但一次只能允許一個執行緒寫入共享資料。在C++ 中，可以使用

std::shared_mutex 來建立讀寫鎖，如下所示：

std::shared_mutex rw;

要取得讀鎖，請使用

lock_shared() 方法：

rw.lock_shared();

要取得寫鎖，請使用

lock() 方法：

rw.lock();

實戰案例##假設我們有一個銀行帳戶類，它追蹤帳戶餘額：

class BankAccount {
    std::mutex m;
    std::condition_variable cv;
    int balance;

public:
    int get_balance() {
        m.lock();
        int b = balance;
        m.unlock();
        return b;
    }

    void deposit(int amount) {
        m.lock();
        balance += amount;
        cv.notify_all();
        m.unlock();
    }

    void withdraw(int amount) {
        m.lock();
        while (balance < amount) {
            cv.wait(m);
        }
        balance -= amount;
        m.unlock();
    }
};

在這個範例中，我們使用互斥鎖來保護餘額變量，並使用條件變數來允許執行緒在餘額不足以滿足取款時等待。

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