Linux C++多線程同步機制詳解

在 Linux 系統中，C++ 多線程同步機制是確保多個線程之間正確并發執行的關鍵

1. 互斥鎖（Mutex）：互斥鎖是一種同步原語，用于確保多個線程在訪問共享資源時不會發生沖突。C++11 提供了 std::mutex 類來實現互斥鎖。使用 std::lock_guard 或 std::unique_lock 可以自動管理鎖的獲取和釋放。

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

std::mutex mtx; // 全局互斥鎖

void print_block(int n, char c) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自動加鎖
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << std::endl;
    // 自動解鎖
}

int main() {
    std::thread t1(print_block, 50, '*');
    std::thread t2(print_block, 50, '$');

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

    return 0;
}

2. 條件變量（Condition Variable）：條件變量是一種用于線程間通信的同步原語。C++11 提供了 std::condition_variable 類來實現條件變量。使用 std::unique_lock 可以自動管理鎖的獲取和釋放。

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void print_block(int n, char c) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    while (!ready) { // 如果 ready 為 false，則等待
        cv.wait(lock); // 釋放鎖并等待條件變量
    }
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << std::endl;
    // 恢復 ready 為 true
    ready = false;
    cv.notify_one(); // 喚醒等待的線程
}

int main() {
    std::thread t1(print_block, 50, '*');
    std::thread t2(print_block, 50, '$');

    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true; // 設置 ready 為 true
    }
    cv.notify_all(); // 喚醒所有等待的線程

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

    return 0;
}

3. 讀寫鎖（Read-Write Lock）：讀寫鎖是一種允許多個線程同時讀取共享資源，但在寫入時會阻止其他線程訪問的同步原語。C++17 提供了 std::shared_mutex 類來實現讀寫鎖。使用 std::shared_lock 和 std::unique_lock 可以自動管理鎖的獲取和釋放。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>
#include <vector>

std::shared_mutex rw_mtx; // 全局讀寫鎖
int data = 0;

void read_block() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 獲取共享鎖
    std::cout << "Read: " << data << std::endl;
    // 釋放共享鎖
}

void write_block(int value) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 獲取獨占鎖
    data = value;
    std::cout << "Write: " << data << std::endl;
    // 釋放獨占鎖
}

int main() {
    std::thread t1(read_block);
    std::thread t2(read_block);
    std::thread t3(write_block, 42);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

這些同步機制可以確保在多線程環境下正確地訪問和修改共享資源。在實際應用中，可以根據具體需求選擇合適的同步機制。