C++在Linux如何進行并發編程

在Linux環境下，C++可以通過多種方式實現并發編程。以下是一些常用的方法：

1. 多線程：使用C++11引入的<thread>庫可以輕松地創建和管理線程。

#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;
}

2. 互斥鎖（Mutexes）：用于保護共享資源，防止多個線程同時訪問。

#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;
}

3. 條件變量（Condition Variables）：允許線程等待某個條件成立。

#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(); // 通知所有等待的線程
}

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;
}

4. 原子操作（Atomic Operations）：通過<atomic>庫提供的原子類型和操作，可以在不使用鎖的情況下實現線程安全的操作。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> counter(0);

void incrementCounter() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        counter++; // 原子操作
    }
}

int main() {
    std::thread t1(incrementCounter);
    std::thread t2(incrementCounter);

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

    std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;

    return 0;
}

5. 信號量（Semaphores）：雖然C++標準庫沒有直接提供信號量，但可以使用POSIX信號量或者Boost庫中的信號量。

6. 管道（Pipes）和命名管道（Named Pipes）：用于線程間或進程間的通信。

7. 消息隊列（Message Queues）：同樣用于線程間或進程間的通信，可以使用POSIX消息隊列或者System V消息隊列。

8. 共享內存（Shared Memory）：允許多個進程訪問同一塊內存區域，可以使用POSIX共享內存或者System V共享內存。

9. 遠程過程調用（RPC）：如gRPC，允許一個程序調用另一個地址空間（通常是另一臺機器上）的過程或函數。

10. 異步編程模型（Asynchronous Programming Model）：使用<future>和<async>庫來執行異步操作。

#include <iostream>
#include <future>

int asyncAdd(int x, int y) {
    return x + y;
}

int main() {
    // 返回一個future對象，它將持有異步操作的結果
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, asyncAdd, 5, 7);

    // 可以繼續做其他事情
    std::cout << "Waiting for the result..." << std::endl;

    // 獲取異步操作的結果
    std::cout << "The result is " << result.get() << std::endl;

    return 0;
}

選擇哪種并發模型取決于具體的應用場景和需求。例如，如果需要簡單的線程管理，<thread>庫可能是最直接的選項。如果需要更復雜的同步控制，可能需要使用互斥鎖、條件變量或原子操作。對于高性能的并發處理，可能需要考慮無鎖數據結構和算法。