C++并发编程：如何进行线程同步与互斥？

线程同步在多线程并发访问共享资源时至关重要。C 提供了互斥体、条件变量和原子操作来实现同步。互斥体确保一次仅一个线程访问资源；条件变量用于线程间通信；原子操作可确保单个操作不可中断执行。例如，使用互斥体同步对共享队列的访问，以防止数据损坏。

C 并发编程：线程同步与互斥

概述

线程同步是确保多个线程同时访问共享资源时保持数据完整性的关键。C 提供了多种机制来实现线程同步，包括互斥体、条件变量和原子操作。

互斥体 (Mutex)

互斥体是一种对象，它允许一次只有一个线程访问共享资源。互斥体的使用方法如下：

std::mutex m;

void func() {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(m);  // 获取互斥体锁
  // 访问共享资源
  // ...
}

std::lock_guard是一种 RAII 类型，表示对互斥体的锁定。当func() 函数执行完时，锁将自动释放。

条件变量 (Condition Variable)

条件变量用于线程之间的通信。它允许一个线程等待，直到另一个线程满足某些条件。使用方法如下：

std::condition_variable cv;

void wait() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
  cv.wait(lock);  // 等待条件变量
}

void notify() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
  cv.notify_one();  // 通知等待的线程
}

std::unique_lock表示对互斥体的独占锁定。当wait()函数被调用时，线程将被阻塞，直到notify_one()函数被调用。

原子操作

原子操作是一种低级的同步机制，它可以确保单个操作不可中断地执行。使用方式如下：

std::atomic<int> counter;

void increment() {
  counter++;  // 原子地递增计数器
}

实战案例

考虑这样一个场景：多个线程正在访问一个共享的队列，并且队列的大小是有上限的。为了防止线程同时访问队列并导致数据损坏，我们可以使用互斥体来同步对队列的访问：

std::mutex m;
std::queue<int> queue;
const int MAX_SIZE = 10;  // 队列最大容量

void producer() {
  while (true) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    if (queue.size() < MAX_SIZE) {
      queue.push(rand());
    }
  }
}

void consumer() {
  while (true) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
    if (!queue.empty()) {
      std::cout << queue.front() << std::endl;
      queue.pop();
    }
  }
}

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