C++11学习笔记-----互斥量以及条件变量的使用

最新推荐文章于 2025-06-21 21:38:50 发布

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本文介绍了在多线程环境下，如何使用C++11的互斥量和条件变量来保护共享资源，防止数据竞争。通过示例展示了如何利用互斥锁解决线程同步问题，以及如何结合条件变量实现线程池，避免无谓的CPU占用。内容包括互斥量的使用、lock_guard和unique_lock的封装、条件变量的wait和notify操作，以及线程池的工作原理和实现。

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在多线程环境中，当多个线程同时访问共享资源时，由于操作系统CPU调度的缘故，经常会出现一个线程执行到一半突然切换到另一个线程的情况。以多个线程同时对一个共享变量做加法运算为例，自增的汇编指令大致如下，先将变量值存放在某个寄存器中(eax)，然后对寄存器进行加一，随后将结果回写到变量内存上

mov [#address#] eax;    // 这里#address#简要表示目标变量的地址   // 1
inc eax;    // 2
mov eax [#address#];    // 3

假设存在两个线程同时对变量a进行加法操作，a初值为0，如果其中一个线程在第一步执行完后被切走，那么最终a的结果可能不是2而是1

由图片可知，由于cpu调度的缘故，多线程下同时对共享变量进行操作，可能会导致最终的结果并不是期望值。所以，为了保护共享变量，保证同一时刻只能允许一个线程对共享变量进行操作，就需要借助互斥量的协助

Linux下的原生互斥量

Linux下提供了原生互斥量api，定义在头文件<pthread.t>中。互斥量，形象点理解就是一把锁，在对共享变量进行操作之前，先上锁，只有获得锁的这个线程能够继续运行，而其他线程运行到上锁语句时，会阻塞在那里直到获得锁的那个线程执行解锁操作，随后继续争抢锁，抢到锁的线程接着执行，没有抢到锁的线程继续阻塞

示例：利用互斥锁解决多线程共享变量问题

在上一篇中提到了创建10个线程同时对一个共享变量进行自增，发现结果和预期不同，接下来利用互斥量解决这一问题

#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

#include <iostream>
#include <vector>

long long int total = 0;
pthread_mutex_t m;

void* thread_task(void* arg)
{
    for(int i = 0; i < 10000; ++i)
    {
        /* 对total进行加法之前先上锁，保证同一时刻只能有一个线程执行++total */
        ::pthread_mutex_lock(&m);
        ++total;
        /* 解锁 */
        ::pthread_mutex_unlock(&m);
    }
    ::pthread_exit(nullptr);
}

int main()
{
    /* 初始化互斥量 */
    ::pthread_mutex_init(&m, nullptr);
    std::vector<pthread_t> tids;
    for(int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        pthread_t tid;
        ::pthread_create(&tid, nullptr, thread_task, nullptr);
        tids.emplace_back(tid);
    }
    for(auto& tid : tids)
      ::pthread_join(tid,