探究在C++程序并发时保护共享数据的问题,是一项十分重要的任务。在多线程编程中,通过并发执行多个线程,可以充分利用计算机的多核处理能力,提高程序的执行效率。但同时,多个线程访问同一个共享数据时,就会带来数据竞争的问题,如果不加以保护,就会导致程序出现未定义的行为,例如崩溃、死锁等。
为了解决这个问题,C++中提供了多种保护共享数据的方法,以下是一些常用的攻略:
- 使用互斥锁(Mutex)
互斥锁是一种保护共享数据的最常见方式,在多个线程访问同一个共享数据时,通过互斥锁来实现对数据的串行化访问,确保线程之间的互斥性。使用互斥锁的步骤通常如下:
(1)创建一个互斥锁对象
(2)在访问共享数据前使用锁(lock)操作来锁住互斥锁
(3)访问共享数据
(4)在访问完成后使用解锁(unlock)操作来释放互斥锁
以下是一个使用互斥锁保护共享数据的示例代码:
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void add(int &x) {
mtx.lock();
x++;
mtx.unlock();
}
int main() {
int res = 0;
std::thread t1(add, std::ref(res));
std::thread t2(add, std::ref(res));
t1.join(); t2.join();
std::cout << "res = " << res << std::endl;
return 0;
}
- 使用读写锁(Reader-Writer Lock)
读写锁是一种特殊的互斥锁,允许有多个线程同时读取共享数据,但在有线程写入共享数据时,需要排他地持有锁。这种方式可以提高程序的并发性能,特别适用于对共享数据的读操作较多、写操作较少的情况。使用读写锁的步骤通常如下:
(1)创建一个读写锁对象
(2)在进行读操作前使用读锁(rdlock)操作来锁住读写锁
(3)进行读操作
(4)在读操作完成后使用解锁(unlock)操作来释放读写锁
(5)在进行写操作前使用写锁(wrlock)操作来锁住读写锁
(6)进行写操作
(7)在写操作完成后使用解锁(unlock)操作来释放读写锁
以下是一个使用读写锁保护共享数据的示例代码:
#include <shared_mutex>
std::shared_mutex mtx;
void add(int &x) {
std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mtx);
x++;
}
void read(const int &x) {
std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(mtx);
std::cout << "x = " << x << std::endl;
}
int main() {
int res = 0;
std::vector<std::thread> threads(10);
for (auto &t : threads) {
if (t.id % 2 == 0) {
t = std::thread(add, std::ref(res));
} else {
t = std::thread(read, std::cref(res));
}
}
for (auto &t : threads) t.join();
return 0;
}
以上就是保护共享数据的两种常用方法,其实还有其他的方式,例如信号量(semaphore)、原子操作等,需要根据具体的应用场景进行选择。
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