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C++在Linux下如何實現并發控制

小樊
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2025-03-27 03:05:12
欄目: 編程語言

在Linux下使用C++實現并發控制,可以采用多種機制,包括線程、互斥鎖、條件變量、信號量、讀寫鎖等。以下是一些基本的實現方法:

  1. 多線程:使用C++11標準庫中的<thread>頭文件來創建和管理線程。
#include <iostream>
#include <thread>

void helloFunction() {
    std::cout << "Hello from a thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(helloFunction);
    t.join(); // 等待線程完成
    return 0;
}
  1. 互斥鎖:使用<mutex>頭文件中的std::mutex來保護共享資源。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx; // 創建一個互斥鎖

void printMessage(const std::string& msg) {
    mtx.lock(); // 加鎖
    std::cout << msg << std::endl;
    mtx.unlock(); // 解鎖
}

int main() {
    std::thread t1(printMessage, "Hello from thread 1");
    std::thread t2(printMessage, "Hello from thread 2");

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}
  1. 條件變量:使用<condition_variable>頭文件中的std::condition_variable來實現線程間的同步。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void printId(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck, []{return ready;}); // 等待條件變量
    std::cout << "Thread " << id << std::endl;
}

void go() {
    std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all(); // 喚醒所有等待的線程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(printId, i);

    std::cout << "10 threads ready to race..." << std::endl;
    go(); // go!

    for (auto &th : threads) th.join();

    return 0;
}
  1. 信號量:Linux下可以使用semaphore.h中的信號量,但C++標準庫中沒有直接支持信號量的組件。你可以使用POSIX信號量或者自己封裝一層。

  2. 讀寫鎖:使用<shared_mutex>頭文件中的std::shared_mutex(C++17及以上)來實現讀寫鎖,允許多個讀取者或者一個寫入者訪問共享資源。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>

std::shared_mutex rw_mtx;

void readFunction() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 共享鎖
    std::cout << "Reading data..." << std::endl;
}

void writeFunction() {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 排他鎖
    std::cout << "Writing data..." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(readFunction);
    std::thread t2(writeFunction);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

在使用這些并發控制機制時,需要注意避免死鎖和其他并發問題。合理地設計鎖的粒度和鎖的使用順序,以及使用RAII風格的鎖管理(如std::lock_guardstd::unique_lock),可以幫助減少錯誤和提高代碼的健壯性。

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