C++多執行緒中的鎖和條件變數使用
摘要：
在做多執行緒程式設計時，有兩個場景我們都會遇到：
多執行緒訪問共享資源，需要用到鎖；
多執行緒間的狀態同步，這個可用的機制很多，條件變數是廣泛使用的一種。
今天我用一個簡單的例子來給大家介紹下鎖和條件變數的使用。
程式碼使用C++11
示例程式碼
...
在做多執行緒程式設計時，有兩個場景我們都會遇到：
- 多執行緒訪問共享資源，需要用到鎖；
- 多執行緒間的狀態同步，這個可用的機制很多，條件變數是廣泛使用的一種。
今天我用一個簡單的例子來給大家介紹下鎖和條件變數的使用。
程式碼使用C++11
示例程式碼
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
std::mutexg_mutex;// 用到的全域性鎖
std::condition_variable g_cond;// 用到的條件變數
intg_i= 0;
bool g_running = true;
void ThreadFunc(int n) {// 執行緒執行函式
for (int i = 0; i < n; ++i) {
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);// 加鎖，離開{}作用域後鎖釋放
++g_i;
std::cout << "plus g_i by func thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}
}
std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);// 加鎖
while (g_running) {
std::cout << "wait for exit" << std::endl;
g_cond.wait(lock);// wait呼叫後，會先釋放鎖，之後進入等待狀態；當其它程序呼叫通知啟用後，會再次加鎖
}
std::cout << "func thread exit" << std::endl;
}
int main() {
intn = 100;
std::thread t1(ThreadFunc, n);// 建立t1執行緒（func thread），t1會執行`ThreadFunc`中的指令
for (int i = 0; i < n; ++i) {
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
++g_i;
std::cout << "plus g_i by main thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}
}
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
g_running = false;
g_cond.notify_one();// 通知其它執行緒
}
t1.join();// 等待執行緒t1結束
std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;
}
程式執行後，關鍵輸出如下：
plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by func thread 139921006847744 plus g_i by func thread 139921006847744 plus g_i by func thread 139921006847744 plus g_i by func thread 139921006847744 plus g_i by func thread 139921006847744 wait for exit// func thread等待main thread發來的退出訊號 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 plus g_i by main thread 139921025066816 func thread exit g_i = 200// 鎖機制保證了g_i的正確
可以看到：
std::this_thread::get_id() g_i
加鎖方法介紹
加鎖相關的程式碼為：
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
......
}
要點為：
-
首先，這在一個區域性作用域內，
std::lock_guard在構造時，會呼叫g_mutex->lock()方法； -
區域性作用域程式碼結束後，
std:;lock_guard的解構函式會被呼叫，函式中會呼叫g_mutex->unlock()方法。
這樣就實現了加鎖和解鎖的過程，為什麼不直接呼叫加鎖解鎖方法呢？
我想，這是因為如果加鎖和解鎖中間的程式碼出現了問題，導致執行緒函式異常退出，那麼這個鎖就一直無法得到釋放，其它執行緒處理的不好的話，就會造成死鎖了。
條件變數使用介紹
-
當執行緒呼叫
g_cond.wait(lock)前要先手動呼叫lock->lock()，這裡是通過std::unique_lock的構造方法實現的； -
當執行緒呼叫
g_cond.wait(lock)進入等待後，會呼叫lock->unlock()方法，所以這也是前面構造lock時使用了std::unique_lock; -
通知使用的
g_cond.notify_one()，這個可以通知一個執行緒，另外還有g_cond.notify_all()用於通知所有執行緒； - 執行緒收到通知的程式碼放在一個while迴圈中，這是為了防止APUE中提到的虛假通知。
結束語
上面是我對C++11中多執行緒加鎖和條件變數使用的基本認識，有不當的地方，還望指正。
參考
cppreference：ofollow,noindex" target="_blank">https://en.cppreference.com/w/cpp/thread