線程同步

線程同步：多線程協同工作，協商如何使用共享資源。
C++11線程同步包含三部分內容：

1. 互斥鎖（互斥量）
2. 條件變量
3. 生產/消費者模型

互斥鎖（互斥量）

只有加鎖和解鎖兩種狀態，確保同一時間只有一個線程訪問共享資源。
訪問共享資源之前加鎖，加鎖成功，訪問資源，訪問完成，解鎖釋放。
若某線程持有鎖，其他線程形成等待隊列。

C++11提供了4種互斥鎖：

• mutex：互斥鎖（最常用）
• timed_mutex：帶超時機制的互斥鎖
• recursive_mutex：遞歸互斥鎖
• recursive_timed_mutex：帶超時機制的遞歸互斥鎖

測試代碼

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;void func (int n, const string& s) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {cout << "No." << i << ", n = " << n << ", s = " << s << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}
a
int main () {thread t1(func, 1, "t1");thread t2(func, 2, "t2");thread t3(func, 3, "t3");thread t4(func, 4, "t4");thread t5(func, 5, "t5");thread t6(func, 6, "t6");t1.join();t2.join();t3.join();t4.join();t5.join();t6.join();return 0;
}

cout屬于全局對象，若多線程都用它向屏幕輸出文字，會出亂子。線程越多，越容易亂。

mutex互斥鎖

使用互斥鎖給cout加鎖，代碼如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex> // 使用互斥鎖需要包含的頭文件
using namespace std;mutex mtx; // 創建互斥鎖對象，用于保護共享資源cout對象。void func (int n, const string& s) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {// 每次調用cout對象之前，申請加鎖mtx.lock();cout << "No." << i << ", n = " << n << ", s = " << s << endl;// 用完了就解鎖mtx.unlock();this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}int main () {// 代碼不變...
}

再看一段示例代碼：

#include <iostream>
#include <chrono> // 時間相關操作的頭文件
#include <thread> // 線程相關操作的頭文件
#include <mutex> // 互斥鎖的頭文件
using namespace std;int a = 0;
mutex mtx; // 創建互斥鎖對象，用于保護共享資源a變量。void func () {for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {mtx.lock();a++;mtx.unlock();}
}int main () {auto start = chrono::steady_clock::now();thread t1(func);thread t2(func);t1.join();t2.join();auto end = chrono::steady_clock::now();cout << "time = " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end - start).count() << "ms" << endl;cout << "a = " << a << endl;return 0;
}

運行結果：

time = 101ms
a = 2000000

在代碼中添加一些打印信息，能更清楚的觀察到：兩個線程申請加鎖，只有一個成功，另外一個線程等待，直到第一個線程解鎖后第二個線程才能加鎖。

#include <iostream>
#include <chrono> // 時間相關操作的頭文件
#include <thread> // 線程相關操作的頭文件
#include <mutex> // 互斥鎖的頭文件
using namespace std;int a = 0;
mutex mtx;void func () {for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 申請加鎖" << endl;mtx.lock();cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 加鎖成功" << endl;a++;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(5));mtx.unlock();cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 解鎖" << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}int main () {thread t1(func);thread t2(func);t1.join();t2.join();cout << "a = " << a << endl;return 0;
}

運行結果：

thread id: 139727756003072, 申請加鎖
thread id: 139727756003072, 加鎖成功
thread id: 139727747610368, 申請加鎖
thread id: 139727756003072, 解鎖
thread id: 139727747610368, 加鎖成功
thread id: 139727756003072, 申請加鎖
thread id: 139727747610368, 解鎖
…

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