超详细讲解Linux C++多线程同步的方式

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如何实现多线程同步

在 C++ 程序中，线程之间的竞争条件是十分常见的一种情况，因此必须采取一些措施来避免这种情况的发生。以下是通过锁和条件变量来实现多线程同步的两种方式。

一、使用锁来实现多线程同步

锁可以帮助控制并发还原竞争。具体来说，当一个线程拥有锁时，任何其他线程都不能访问被保护的共享资源。只有在当前线程释放锁之后，其他线程才能访问共享资源。下面是一个使用锁来实现多线程同步的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_mutex;
int g_count = 0;

void worker()
{
    g_mutex.lock();
    g_count++;
    std::cout << "Count is " << g_count << std::endl;
    g_mutex.unlock();
}

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

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

    return 0;
}

在上述代码中，std::mutex 是一个互斥锁，它确保共享资源在同一时间只能被一个线程访问。在 worker() 函数中，我们使用 g_mutex.lock() 和 g_mutex.unlock() 语句来锁定和解锁互斥锁。这样就可以保证每个线程访问共享资源时都是互斥的。

二、使用条件变量来实现多线程同步

条件变量是一种同步机制，与互斥锁一起使用，可以在多个线程之间进行复杂的同步操作。在使用条件变量时，一个或多个线程等待某个条件变量的信号，另一个线程发送该信号。这种方式可以避免线程在空循环中浪费 CPU 时间。下面是一个使用条件变量来实现多线程同步的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex g_mutex;
std::condition_variable g_cv;
int g_count = 0;

void worker()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
    g_cv.wait(lock, []{return g_count == 1;});
    std::cout << "Count is " << g_count << std::endl;
}

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

    g_mutex.lock();
    g_count = 1;
    g_cv.notify_all();
    g_mutex.unlock();

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

    return 0;
}

在上述代码中，我们首先定义了一个互斥锁（std::mutex）和一个条件变量（std::condition_variable）。在 worker() 函数中，我们使用 std::unique_lock 来锁定互斥锁，并使用 g_cv.wait() 语句等待条件变量的信号。在主函数中，我们先锁定互斥锁，设置值为1，并使用 g_cv.notify_all() 语句触发条件变量的信号。这样一来，两个线程都会被唤醒，然后打印出当前的计数器值。需要注意的是，使用条件变量时必须使用 std::unique_lock 来锁定互斥锁。