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C++并发编程之共享数据(二)

发布人:shili8 发布时间:2024-12-19 13:45 阅读次数:0

**C++ 并发编程之共享数据(二)**

在前一篇文章中,我们讨论了 C++ 中的线程安全性问题,以及如何使用 mutex 来保护共享数据。然而,仅仅使用 mutex 还不足够,因为它可能会导致性能瓶颈和死锁问题。在本文中,我们将继续探讨共享数据的并发编程问题,并介绍一些高级技术来解决这些问题。

**1.读写锁**

在某些情况下,我们需要同时允许多个线程读取共享数据,而不允许任何线程写入。这种场景下,使用读写锁(Reader-Writer Lock)是一个很好的选择。读写锁可以分为两种类型:共享模式和独占模式。

* 共享模式:在这个模式下,多个线程可以同时读取共享数据,而不允许任何线程写入。
* 独占模式:在这个模式下,只有一个线程可以写入共享数据,而其他线程只能读取。

C++ 中的 `std::shared_mutex` 类提供了读写锁的实现。我们可以使用它来保护共享数据,确保线程安全性。

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

class SharedData {
public:
 void read() {
 std::lock_guard<std::shared_mutex> lock(mutex_);
 //读取共享数据 data_ = "Hello, World!";
 }

 void write(const std::string& str) {
 std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mutex_);
 // 写入共享数据 data_ = str;
 }

private:
 mutable std::shared_mutex mutex_;
 std::string data_;
};

int main() {
 SharedData shared_data;

 // 多个线程同时读取共享数据 std::thread threads[10];
 for (auto& thread : threads) {
 thread = std::thread([&shared_data] {
 shared_data.read();
 });
 }
 for (auto& thread : threads) {
 thread.join();
 }

 // 单个线程写入共享数据 std::thread writer_thread;
 writer_thread = std::thread([&shared_data] {
 shared_data.write("Goodbye, World!");
 });
 writer_thread.join();

 return0;
}


在上面的示例中,我们使用 `std::shared_mutex` 来保护共享数据。多个线程可以同时读取共享数据,而单个线程可以写入共享数据。

**2. 原子操作**

原子操作(Atomic Operation)是指对共享变量进行的操作,保证了该操作在多线程环境下是原子的。这意味着,在任何给定时间点,只有一个线程正在执行该操作,而其他线程只能等待。

C++ 中的 `std::atomic` 类提供了原子操作的实现。我们可以使用它来保护共享变量,确保线程安全性。

cpp#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

class SharedData {
public:
 void increment() {
 // 原子操作:将值加1 value_++;
 }

private:
 std::atomic<int> value_;
};

int main() {
 SharedData shared_data;

 // 多个线程同时执行原子操作 std::thread threads[10];
 for (auto& thread : threads) {
 thread = std::thread([&shared_data] {
 shared_data.increment();
 });
 }
 for (auto& thread : threads) {
 thread.join();
 }

 // 打印共享变量的值 std::cout << "Value: " << shared_data.value_ << std::endl;

 return0;
}


在上面的示例中,我们使用 `std::atomic` 来保护共享变量。多个线程可以同时执行原子操作,保证了线程安全性。

**3. 条件变量**

条件变量(Condition Variable)是指一个用于同步线程的机制。当某个事件发生时,可以通过条件变量通知其他线程进行相应的处理。

C++ 中的 `std::condition_variable` 类提供了条件变量的实现。我们可以使用它来保护共享数据,确保线程安全性。

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

class SharedData {
public:
 void wait() {
 std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
 // 等待条件变量的通知 cv_.wait(lock, [this] { return ready_; });
 }

 void notify() {
 std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
 // 通知其他线程 ready_ = true;
 cv_.notify_one();
 }

private:
 mutable std::mutex mutex_;
 bool ready_ = false;
 std::condition_variable cv_;
};

int main() {
 SharedData shared_data;

 // 多个线程等待条件变量的通知 std::thread threads[10];
 for (auto& thread : threads) {
 thread = std::thread([&shared_data] {
 shared_data.wait();
 });
 }
 for (auto& thread : threads) {
 thread.join();
 }

 // 通知其他线程 shared_data.notify();

 return0;
}


在上面的示例中,我们使用 `std::condition_variable` 来保护共享数据。多个线程可以等待条件变量的通知,保证了线程安全性。

**结论**

本文讨论了 C++ 中的共享数据并发编程问题,并介绍了一些高级技术来解决这些问题。我们使用读写锁、原子操作和条件变量来保护共享数据,确保线程安全性。在实际应用中,这些技术可以帮助开发者构建高性能、高可靠性的多线程程序。

**参考**

* C++11标准:[ />* C++14标准:[ />* C++17标准:[

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