C++线程互斥、同步

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mb5ff981d806017 2019-07-04 15:52:00

文章标签 ico #include 死循环 c++11 数据 文章分类 代码人生

一、线程互斥

如果多个线程需要访问且可能修改同一个变量，那么需要加锁，保证同一时刻只有一个线程可以访问，这个动作即最小“原子操作”

方式1：

使用c++提供的类mutex，lock,unlock即可保证线程同步

#include <mutex>
mutex mx;
int haha()
{
   mx.lock();
   do()
　　{
       //
   }
   mx.unlock();
   return 0;
}

缺点：如果do函数异常，这里会造成死锁

方式2：使用lock_guard代替mutex

为了解决上述问题，使用lock_guard，这个模板类在构造函数里lock mutex，在析构函数里unlock mutex，所以不用自己在unlock

#include <mutex>
mutex mx;
int haha()
{
   {//使用作用域，只需要锁住改变公共变量的代码
      std::lock_guard<std::mutex> lck(m_mutex);
      do()
　    {
           //
      }
   } 
   return 0;
}

方式3：使用C++11原子操作

#include <atomic>
#include <thread>
#include <list>
std::atomic_int g_iCount = 100;

void threadfunc1()
{
    while (g_iCount > 0)
    {
        printf("threadfunc1 g_iCount:%d\r\n", --g_iCount);
    }
}

void threadfunc2()
{
    while (g_iCount > 0)
    {
        printf("threadfunc2 g_iCount:%d\r\n", --g_iCount);
    }
}

int main(int argc, char** argv)
{
    thread t1(threadfunc1);
    thread t2(threadfunc2);

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

    return 0;
}

atomic_int 类型就是C++11提供的原子类型，还有很多其他类似的如bool、long、char等等，可以更高效的提供多线程安全访问，比线程锁更高效，因为它是汇编级别的。不过只有基本数据类型，其他数据结构和自定义类型就不行了

二、线程同步

线程同步是指不同线程按指定顺序做某事情，某一线程是否做某动作，是由另一个线程来管理的，如线程池按顺序调度队列，消费者会等待生产者生产了任务后再进行工作。如果不同步，我们一般会使用死循环来访问。这里举例生产-消费模型

生产者每隔t1时间会生产出一个任务，消费者选择最优方式去调度任务

方式1、不同步，使用死循环

std::deque<int> q;
std::mutex mu;

void function_1() 
{
    int count = 10;
    while (count > 0) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> locker(mu);
        q.push_front(count);
        locker.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        count--;
    }
}

void function_2() 
{
    int data = 0;
    while (data != 1) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> locker(mu);
        if (!q.empty()) 
        {
            data = q.back();
            q.pop_back();
            locker.unlock();
            std::cout << "t2 got a value from t1: " << data << std::endl;
        }
        else 
　　　　 {
            locker.unlock();
        }
    }
}
int main() 
{
    std::thread t1(function_1);
    std::thread t2(function_2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}
【代码来源：https://www.jianshu.com/p/c1dfa1d40f53】

这里消费者会死循环判断队列是否有数据，如果没有数据，也会死循环的跑，就会非常占cpu，此线程几乎会占满一个内核【单核计算机可能达到100%】，这种方式肯定不好。

有没有这样一种功能呢？如果队列没有任务，消费者就不占用cpu，释放内核，当生产者生产了任务后，唤醒消费者，消费者从队列里取数据，当任务做完，队列里没有任务后，继续释放内核...

看方式2：

C++11提供了条件变量，std::condition_variable

需要和互斥锁unique_lock一起使用。

继续看代码【代码来源：https://www.jianshu.com/p/c1dfa1d40f53】

std::deque<int> q;
std::mutex mu;
std::condition_variable cond;

void function_1() 
{
    int count = 10;
    while (count > 0) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> locker(mu);
        q.push_front(count);
        locker.unlock();
        cond.notify_one();  // Notify one waiting thread, if there is one.
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        count--;
    }
}

void function_2() 
{
    int data = 0;
    while (data != 1) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> locker(mu);
        while (q.empty())
            cond.wait(locker); // Unlock mu and wait to be notified
        data = q.back();
        q.pop_back();
        locker.unlock();
        std::cout << "t2 got a value from t1: " << data << std::endl;
    }
}
int main() 
{
    std::thread t1(function_1);
    std::thread t2(function_2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}