c++++ 中的并发控制使用互斥量(一次访问临界区)、条件变量(等待条件满足)、读写锁(允许多个读者同时读,但写入只能一个)等机制,以解决共享资源并发访问导致的数据竞争和不一致状态。
C++ 类设计中的并发控制
引言
在多线程环境中,共享资源的并发访问可能会导致数据竞争和不一致的状态。为了解决这个问题,C++ 提供了多种机制来处理并发控制。
互斥量
互斥量是一个同步原语,它允许一次只有一个线程访问临界区。我们可以使用 std::mutex 类来创建一个互斥量:
std::mutex mutex;
要访问临界区,线程必须获取互斥量的锁:
mutex.lock();
// 访问临界区
mutex.unlock();
条件变量
条件变量是一个同步原语,它允许一个线程等待另一个线程完成特定的条件。我们可以使用 std::condition_variable 类来创建一个条件变量:
std::condition_variable cv;
线程可以通过调用 wait() 方法来等待条件:
cv.wait(mutex);
当条件满足时,另一個執行緒可以呼叫 notify_one() 或 notify_all() 方法來通知等待的執行緒:
cv.notify_one();
cv.notify_all();
读写锁
读写锁是一种同步原语,它允许多个线程同时读取共享资源,但一次只有一个线程可以写入共享资源。我们可以使用 std::shared_mutex 类来创建读写锁:
std::shared_mutex rw_mutex;
要读取共享资源,线程可以获取读锁:
rw_mutex.lock_shared();
// 读取共享资源
rw_mutex.unlock_shared();
要写入共享资源,线程可以获取写锁:
rw_mutex.lock();
// 写入共享资源
rw_mutex.unlock();
实战案例
考虑一个简单的银行账户类,它包含一个余额成员变量和一个用于存取款的方法:
class BankAccount {
public:
BankAccount(int initial_balance) : balance(initial_balance) {}
void deposit(int amount) {
balance += amount;
}
void withdraw(int amount) {
if (amount <= balance) {
balance -= amount;
}
}
private:
int balance;
};
为了处理并发访问,我们可以使用互斥量来保护余额成员变量:
class BankAccount {
public:
BankAccount(int initial_balance) : balance(initial_balance) {}
void deposit(int amount) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
balance += amount;
}
void withdraw(int amount) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
if (amount <= balance) {
balance -= amount;
}
}
private:
std::mutex mutex;
int balance;
};
现在,我们可以安全地从多个线程并发访问银行账户。