C++多線程中的鎖和條件變量使用教程

來源：本站原創(chuàng)|時(shí)間：2020-01-10|欄目：C語言|點(diǎn)擊：次

在做多線程編程時(shí)，有兩個(gè)場景我們都會遇到：

多線程訪問共享資源，需要用到鎖；
多線程間的狀態(tài)同步，這個(gè)可用的機(jī)制很多，條件變量是廣泛使用的一種。

今天我用一個(gè)簡單的例子來給大家介紹下鎖和條件變量的使用。

代碼使用C++11

示例代碼

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
std::mutex       g_mutex;   // 用到的全局鎖
std::condition_variable g_cond;   // 用到的條件變量
int g_i    = 0;
bool g_running = true;
void ThreadFunc(int n) {       // 線程執(zhí)行函數(shù)
 for (int i = 0; i < n; ++i) {
  {
   std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);   // 加鎖，離開{}作用域后鎖釋放
   ++g_i;
   std::cout << "plus g_i by func thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  }
 }
 std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);    // 加鎖
 while (g_running) {
  std::cout << "wait for exit" << std::endl;
  g_cond.wait(lock);                // wait調(diào)用后，會先釋放鎖，之后進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)其它進(jìn)程調(diào)用通知激活后，會再次加鎖
 }
 std::cout << "func thread exit" << std::endl;
}
int main() {
 int     n = 100;
 std::thread t1(ThreadFunc, n);    // 創(chuàng)建t1線程（func thread），t1會執(zhí)行`ThreadFunc`中的指令
 for (int i = 0; i < n; ++i) {
  {
   std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
   ++g_i;
   std::cout << "plus g_i by main thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  }
 }
 {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
  g_running = false;
  g_cond.notify_one();   // 通知其它線程
 }
 t1.join();     // 等待線程t1結(jié)束
 std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;
}

程序運(yùn)行后，關(guān)鍵輸出如下：

plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
wait for exit               // func thread等待main thread發(fā)來的退出信號
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
func thread exit
g_i = 200     // 鎖機(jī)制保證了g_i的正確

可以看到：

std::this_thread::get_id()
g_i

加鎖方法介紹

加鎖相關(guān)的代碼為：

{
 std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
 ......
}

要點(diǎn)為：

首先，這在一個(gè)局部作用域內(nèi)， std::lock_guard 在構(gòu)造時(shí)，會調(diào)用 g_mutex->lock() 方法；
局部作用域代碼結(jié)束后， std:;lock_guard 的析構(gòu)函數(shù)會被調(diào)用，函數(shù)中會調(diào)用 g_mutex->unlock() 方法。

這樣就實(shí)現(xiàn)了加鎖和解鎖的過程，為什么不直接調(diào)用加鎖解鎖方法呢？

我想，這是因?yàn)槿绻渔i和解鎖中間的代碼出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致線程函數(shù)異常退出，那么這個(gè)鎖就一直無法得到釋放，其它線程處理的不好的話，就會造成死鎖了。

條件變量使用介紹

當(dāng)線程調(diào)用 g_cond.wait(lock) 前要先手動(dòng)調(diào)用 lock->lock() ，這里是通過 std::unique_lock 的構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)的；
當(dāng)線程調(diào)用 g_cond.wait(lock) 進(jìn)入等待后，會調(diào)用 lock->unlock() 方法，所以這也是前面構(gòu)造lock時(shí)使用了 std::unique_lock ;
通知使用的 g_cond.notify_one() ，這個(gè)可以通知一個(gè)線程，另外還有 g_cond.notify_all() 用于通知所有線程；
線程收到通知的代碼放在一個(gè)while循環(huán)中，這是為了防止APUE中提到的虛假通知。

結(jié)束語

以上所述是小編給大家介紹的C++多線程中的鎖和條件變量使用教程，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對我們網(wǎng)站的支持！

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