並發程式設計中 C++ 函數的鎖與同步機制？

C 並發程式設計中函數鎖定和同步機制用於管理多執行緒環境中資料的並發訪問，防止資料競爭。主要機制包括：互斥量 (Mutex)：低階同步原語，確保一次只有一個執行緒存取臨界區。條件變數 (Condition Variable)：允許執行緒等待條件滿足，提供執行緒間通訊。原子操作：單指令操作，確保變數或資料的單執行緒更新，防止衝突。

C 並發程式設計中的函數鎖定與同步機制

在多執行緒環境中進行並發程式設計時，管理資料的並發訪問至關重要。 C 提供了幾種機制來實現函數鎖定和同步，這有助於防止資料競爭和其他線程安全問題。

互斥量(Mutex)

互斥量是一種低層級的同步原語，它允許一次只有一個執行緒存取臨界區（共享資料或資源）。在進入臨界區之前，執行緒必須獲得互斥量，並在退出臨界區後釋放它。

std::mutex mu;
void critical_section() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 临界区代码...

  // 释放互斥量（自动释放）
}

條件變數 (Condition Variable)

條件變數允許執行緒等待某個條件滿足。執行緒可以在條件變數上等待，直到其他執行緒發出一個訊號。

std::condition_variable cv;
std::mutex mu;

void waiting_thread() {
  // 获得互斥量
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);

  // 在条件变量上等待
  cv.wait(lock);

  // 条件满足（可选），进行后续操作...

  // 释放互斥量
}

void signalling_thread() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 条件得到满足，发送信号
  cv.notify_one();

  // 释放互斥量（自动释放）
}

原子操作

原子操作是一條單一指令，執行期間不能被其他執行緒中斷。這可以用於確保變數或資料的單線程更新。

std::atomic_flag busy_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;

void set_busy_flag() {
  // 原子方式地设置 busy_flag
  busy_flag.test_and_set(std::memory_order_release);
}

bool is_busy() {
  // 原子方式地获取 busy_flag 的值
  return busy_flag.test(std::memory_order_acquire);
}

實戰案例

考慮一個多執行緒應用，其中執行緒需要存取共享的計數器變數。為了防止資料競爭，我們使用互斥量來同步對計數器的存取。

std::mutex mu;
int counter = 0;

void increment_counter() {
  // 获得互斥量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);

  // 增加计数器
  ++counter;
}

透過使用這些同步機制，我們可以確保在多執行緒環境中安全且有效率地存取和共享資料。

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