C++ 中如何进行线程同步 (std::mutex, std::condition_variable)？

推荐答案

在C++中，线程同步可以通过使用std::mutex和std::condition_variable来实现。以下是一个简单的示例，展示了如何使用这些工具来同步线程：

// www.javascriptcn.com code example
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    while (!ready) {
        cv.wait(lock);
    }
    std::cout << "Thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all();
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads[i] = std::thread(print_id, i);
    }

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go();

    for (auto& th : threads) {
        th.join();
    }

    return 0;
}

在这个示例中，std::mutex用于保护共享资源（ready变量），而std::condition_variable用于在条件不满足时阻塞线程，并在条件满足时唤醒线程。

本题详细解读

1. std::mutex 的作用

std::mutex 是C++标准库中用于保护共享资源的互斥锁。它确保在同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。在示例中，mtx用于保护ready变量，防止多个线程同时修改它。

2. std::condition_variable 的作用

std::condition_variable 用于在多线程环境中实现条件等待。它允许线程在某个条件不满足时进入等待状态，并在条件满足时被唤醒。在示例中，cv.wait(lock)会使线程进入等待状态，直到cv.notify_all()被调用。

3. std::unique_lock 的作用

std::unique_lock 是一个灵活的锁管理类，它允许在构造时锁定互斥量，并在析构时自动解锁。它还支持手动锁定和解锁操作。在示例中，std::unique_lock用于管理mtx的锁定状态。

4. cv.notify_all() 的作用

cv.notify_all() 用于唤醒所有等待在cv上的线程。在示例中，当ready变量被设置为true时，调用cv.notify_all()会唤醒所有等待的线程，使它们继续执行。

5. 线程同步的过程

• 主线程创建了10个子线程，每个子线程都调用print_id函数。
• 在print_id函数中，线程首先获取mtx的锁，然后检查ready变量。如果ready为false，线程会调用cv.wait(lock)进入等待状态。
• 主线程调用go()函数，将ready设置为true，并调用cv.notify_all()唤醒所有等待的线程。
• 被唤醒的线程会重新检查ready变量，发现其为true，然后继续执行，打印线程ID。

通过这种方式，std::mutex和std::condition_variable共同实现了线程间的同步。