C++ 多线程编程中如何高效地管理共享资源？

在 c++ 多线程编程中，使用 mutex 和条件变量可以高效管理共享资源，避免数据竞争和死锁：互斥量 (mutex) 允许一次只允许一个线程访问资源，保证数据完整性。条件变量 (condition variable) 用于协调线程协作，允许一个线程等待另一个线程执行特定动作。实战案例中，生产者线程向缓冲区添加数据并通知消费者，消费者线程等待生产者通知后从缓冲区读取数据，通过互斥量和条件变量确保线程安全访问共享资源。

C++ 多线程编程：高效管理共享资源

在多线程编程中，共享资源的访问控制至关重要。本文将讲解如何在 C++ 中使用 mutex 和条件变量等同步原语来高效地管理共享资源，避免数据竞争和死锁。

互斥量 (Mutex)

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互斥量是保护共享资源免受并发访问的关键机制。它允许一次只允许一个线程访问资源，从而保证数据完整性。

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std::mutex m;  // 创建一个互斥量

void access_resource() {
  std::lock_guard lock(m);  // 加锁
  // 对共享资源执行操作
  lock.unlock();  // 解锁
}

条件变量 (Condition Variable)

条件变量用于协调线程协作。它允许一个线程等待另一个线程执行特定动作。

std::condition_variable cv;  // 创建一个条件变量
std::mutex m;  // 创建一个与条件变量关联的互斥量

void produce() {
  std::unique_lock lock(m);
  // 生产数据
  lock.unlock();
  cv.notify_one();  // 通知消费者生产完成
}

void consume() {
  std::unique_lock lock(m);
  // 等待生产者通知
  cv.wait(lock);
  // 消费数据
  lock.unlock();
}

实战案例

以下是一个使用 mutex 和条件变量管理共享资源的简单示例。它使用一个缓冲区来存储数据，生产者线程往缓冲区添加数据，而消费者线程从缓冲区读取数据。

#include 
#include 
#include 
#include 

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

std::vector buffer;  // 共享资源缓冲区

void produce() {
  while (true) {
    std::lock_guard lock(m);
    buffer.push_back(rand());
    cv.notify_one();
  }
}

void consume() {
  while (true) {
    std::unique_lock lock(m);
    cv.wait(lock, [] { return !buffer.empty(); });
    int data = buffer.back();
    buffer.pop_back();
  }
}

int main() {
  std::thread t1(produce);
  std::thread t2(consume);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

通过使用 mutex 和条件变量，我们确保了生产者和消费者线程可以同时访问缓冲区，但不会出现数据竞争。