11、并发编程的艺术：C++中的线程与同步机制

并发编程的艺术：C++中的线程与同步机制

1. 理解并发编程的基础

并发编程是指程序能够在同一时间段内执行多个任务。虽然并发编程比顺序编程要复杂得多，但它为程序带来了显著的优势：

• 效率 ：现代计算机通常配备多核CPU，能够并行执行多个任务。将大任务分解成子任务并行执行，理论上可以将运行时间缩短至原来的1/n（n为CPU核心数量）。即使在单核机器上，对于I/O受限的任务，也能通过并发提高性能。

• 响应性和低延迟 ：图形用户界面（GUI）应用程序需要保持响应性，避免因长时间任务而阻塞UI。通过将长时间运行的任务放到后台线程中执行，可以确保UI线程始终保持活跃。实时音频处理也是一个典型例子，音频缓冲区的生成通常在高优先级线程中完成。

• 模拟 ：并发编程有助于模拟现实世界中的并发系统。例如，模拟交通流量、金融交易等场景时，使用并发模型可以更贴近实际情况。

1.1 并发编程的挑战

并发编程之所以困难，主要有以下几个原因：

• 共享状态的安全性 ：当多个线程需要读写同一份数据时，必须采取措施防止数据竞争。例如，使用锁或原子操作来保护共享数据。

• 复杂性 ：并发程序通常具有多个并行执行路径，这使得程序的行为更加复杂，难以预测和调试。