伺服器架構中 C++ 執行緒同步機制的比較和對比

為了在多線程環境中確保線程對共享資源的有序訪問，C++ 提供了以下線程同步機制：互斥鎖（Mutex）：提供對臨界區的互斥訪問，確保同一時間僅有一個線程訪問。條件變數（Condition Variable）：與互斥鎖搭配使用，等待特定條件滿足後繼續執行。讀寫鎖（Reader-Writer Lock）：允許多個執行緒同時讀取共享資源，但僅允許單一執行緒寫入。信號量（Semaphore）：控制對有限資源的訪問，提供等待資源可用並釋放資源的功能。在實戰案例中，我們可以使用互斥鎖來保護線程安全隊列的訪問，確保 push 和 pop 操作的線程安全性。

C++ 執行緒同步機制的比較和對比

在多執行緒環境中，執行緒同步機制至關重要，它確保了執行緒之間的有序存取共享資源，防止資料競爭和死鎖。 C++ 語言提供了多種同步執行緒的機制，每種機制都有其獨特的優點和缺點。本文將比較和對照 C++ 中最常用的執行緒同步機制，並提供實戰案例。

互斥鎖（Mutex）

互斥鎖是最基本的執行緒同步機制，它透過對臨界區的存取提供互斥，確保任何時刻只有一個執行緒可以存取臨界區。互斥鎖可以透過 std::mutex 類別建立。

// 创建互斥锁
std::mutex m;

// 加锁
m.lock();

// 访问临界区
// ...

// 解锁
m.unlock();

條件變數（Condition Variable）

條件變數用於等待特定條件滿足後才繼續執行。它通常與互斥鎖一起使用，以確保條件檢查和狀態更新的原子性。

// 创建条件变量
std::condition_variable cv;

// 获取锁
std::mutex m;
m.lock();

// 等待条件满足
while (!condition) {
  cv.wait(m);
}

// 更新状态
// ... 

// 解锁
m.unlock();

讀寫鎖定（Reader-Writer Lock）

#讀取寫入鎖定允許多個執行緒同時讀取共享資源，但只有單一執行緒可以寫入共享資源。這提高了讀取操作的效能，同時確保了寫入作業的排他性。 C++ 中可以使用 std::shared_mutex 類別建立讀寫鎖定。

// 创建读写锁
std::shared_mutex rw;

// 获取读锁
rw.lock_shared();

// 读取共享资源
// ...

// 解锁读锁
rw.unlock_shared();

// 获取写锁
rw.lock();

// 写入共享资源
// ...

// 解锁写锁
rw.unlock();

信號量（Semaphore）

信號量是一個同步原語，用於控制對有限資源的存取。它提供了等待資源可用並釋放資源的功能。

// 创建信号量，初始值为 3
std::counting_semaphore<3> sem(3);

// 等待资源可用
sem.acquire();

// 使用资源
// ...

// 释放资源
sem.release();

實戰案例

執行緒安全佇列

假設我們有一個用於管理任務的執行緒安全性佇列。佇列的 push 和 pop 操作必須是執行緒安全的，以防止資料競爭。

我們可以使用互斥鎖來保護佇列的訪問，如下所示：

// 线程安全队列类
struct Queue {
  std::mutex m;
  std::queue<int> q;
  
  void push(int value) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m); // 自动获取和释放锁
    q.push(value);
  }
  
  int pop() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    if (q.empty()) {
      throw std::runtime_error("队列为空");
    }
    int value = q.front();
    q.pop();
    return value;
  }
};

透過使用互斥鎖，我們確保了任何時刻只有一個執行緒可以訪問佇列，從而保證了線程安全性。

以上是伺服器架構中 C++ 執行緒同步機制的比較和對比的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！