C++多线程中的锁和条件变量使用教程

时间:2021-05-20

在做多线程编程时,有两个场景我们都会遇到:

  • 多线程访问共享资源,需要用到锁;
  • 多线程间的状态同步,这个可用的机制很多,条件变量是广泛使用的一种。
  • 今天我用一个简单的例子来给大家介绍下锁和条件变量的使用。

    代码使用C++11

    示例代码

    #include <iostream>#include <mutex>#include <thread>#include <condition_variable>std::mutex g_mutex; // 用到的全局锁std::condition_variable g_cond; // 用到的条件变量int g_i = 0;bool g_running = true;void ThreadFunc(int n) { // 线程执行函数 for (int i = 0; i < n; ++i) { { std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex); // 加锁,离开{}作用域后锁释放 ++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); // 加锁 while (g_running) { std::cout << "wait for exit" << std::endl; g_cond.wait(lock); // wait调用后,会先释放锁,之后进入等待状态;当其它进程调用通知激活后,会再次加锁 } std::cout << "func thread exit" << std::endl;}int main() { int n = 100; std::thread t1(ThreadFunc, n); // 创建t1线程(func thread),t1会执行`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(); // 通知其它线程 } t1.join(); // 等待线程t1结束 std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;}

    程序运行后,关键输出如下:

    plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by func thread 139921006847744plus g_i by func thread 139921006847744plus g_i by func thread 139921006847744plus g_i by func thread 139921006847744plus g_i by func thread 139921006847744wait for exit // func thread等待main thread发来的退出信号plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816plus g_i by main thread 139921025066816func thread exitg_i = 200 // 锁机制保证了g_i的正确

    可以看到:

    std::this_thread::get_id()g_i

    加锁方法介绍

    加锁相关的代码为:

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

    要点为:

    • 首先,这在一个局部作用域内, std::lock_guard 在构造时,会调用 g_mutex->lock() 方法;
    • 局部作用域代码结束后, std:;lock_guard 的析构函数会被调用,函数中会调用 g_mutex->unlock() 方法。

    这样就实现了加锁和解锁的过程,为什么不直接调用加锁解锁方法呢?

    我想,这是因为如果加锁和解锁中间的代码出现了问题,导致线程函数异常退出,那么这个锁就一直无法得到释放,其它线程处理的不好的话,就会造成死锁了。

    条件变量使用介绍

    • 当线程调用 g_cond.wait(lock) 前要先手动调用 lock->lock() ,这里是通过 std::unique_lock 的构造方法实现的;
    • 当线程调用 g_cond.wait(lock) 进入等待后,会调用 lock->unlock() 方法,所以这也是前面构造lock时使用了 std::unique_lock ;
    • 通知使用的 g_cond.notify_one() ,这个可以通知一个线程,另外还有 g_cond.notify_all() 用于通知所有线程;
    • 线程收到通知的代码放在一个while循环中,这是为了防止APUE中提到的虚假通知。

    结束语

    以上所述是小编给大家介绍的C++多线程中的锁和条件变量使用教程,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对网站的支持!

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