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C++ 框架中的并发和多线程处理与锁的管理

并发多线程
286 2024-08-01

并发和多线程对 C++ 应用程序至关重要，其中多线程允许同时处理多个任务，而并发则确保数据完整性。这是通过锁的管理来实现的，包括：互斥量锁 (std::mutex)：一次只允许一个线程访问共享资源。范围锁定 (std::lock_guard)：封装对互斥量的锁定/解锁操作。可递归锁 (std::recursive_mutex)：允许线程多次锁定同一资源。条件变量 (std::condition_variable)：用于等待特定条件满足。

C++ 框架中的并发和多线程处理与锁的管理

简介

并发和多线程对于现代 C++ 应用程序至关重要，它们允许应用程序同时处理多个任务，从而提高性能和响应能力。然而，随之而来的是锁的管理，以确保数据完整性和防止竞争条件。

并发和多线程

并发：允许应用程序同时执行多个任务，即使它们在不同的线程中。
多线程：创建和管理多个执行线程的任务。

锁

一种机制，用于控制对共享资源的访问。
防止同时有多个线程访问同一资源，从而导致数据损坏。

C++ 中的标准线程库

C++ 标准线程库提供了管理多线程的类和函数，包括：

std::thread：创建和管理线程。
std::mutex：互斥量锁，一次只允许一个线程访问共享资源。
std::lock_guard：封装对互斥量的锁定/解锁操作。

实战案例

考虑一个银行帐户类，其中维护着帐户余额。为了防止多个线程同时更新余额，我们可以使用 std::mutex。

class BankAccount {
private:
    std::mutex m_lock;
    double m_balance;

public:
    void deposit(double amount) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_lock);  // 锁定帐户
        m_balance += amount;  // 更新余额
    }

    double getBalance() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_lock);  // 锁定帐户
        return m_balance;  // 获取余额
    }
};

在并发环境中，我们可以安全地访问和更新帐户余额，如下所示：

BankAccount account;  // 创建帐户对象

std::thread t1([&account] {
    account.deposit(100);  // 在线程 1 中存款
});

std::thread t2([&account] {
    account.deposit(200);  // 在线程 2 中存款
});

t1.join();  // 等待线程 1 完成
t2.join();  // 等待线程 2 完成

std::cout << "Final balance: " << account.getBalance() << std::endl;  // 输出最终余额

其他锁机制

C++ 标准还提供了其他锁机制：