C++多线程中的锁和条件变量使用教程

在做多线程编程时，有两个场景我们都会遇到：

1. 多线程访问共享资源，需要用到锁；
2. 多线程间的状态同步，这个可用的机制很多，条件变量是广泛使用的一种。

今天我用一个简单的例子来给大家介绍下锁和条件变量的使用。

代码使用C++11

示例代码

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
std::mutex       g_mutex;   // 用到的全局锁
std::condition_variable g_cond;   // 用到的条件变量
int g_i    = 0;
bool g_running = true;
void ThreadFunc(int n) {       // 线程执行函数
 for (int i = 0; i < n; ++i) {
  {
   std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);   // 加锁，离开{}作用域后锁释放
   ++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);    // 加锁
 while (g_running) {
  std::cout << "wait for exit" << std::endl;
  g_cond.wait(lock);                // wait调用后，会先释放锁，之后进入等待状态；当其它进程调用通知激活后，会再次加锁
 }
 std::cout << "func thread exit" << std::endl;
}
int main() {
 int     n = 100;
 std::thread t1(ThreadFunc, n);    // 创建t1线程（func thread），t1会执行`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();   // 通知其它线程
 }
 t1.join();     // 等待线程t1结束
 std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;
}

程序运行后，关键输出如下：

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发来的退出信号
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     // 锁机制保证了g_i的正确

可以看到：

std::this_thread::get_id()
g_i

加锁方法介绍

加锁相关的代码为：

{
 std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
 ......
}

要点为：

• 首先，这在一个局部作用域内， std::lock_guard 在构造时，会调用 g_mutex->lock() 方法；
• 局部作用域代码结束后， std:;lock_guard 的析构函数会被调用，函数中会调用 g_mutex->unlock() 方法。

这样就实现了加锁和解锁的过程，为什么不直接调用加锁解锁方法呢？

我想，这是因为如果加锁和解锁中间的代码出现了问题，导致线程函数异常退出，那么这个锁就一直无法得到释放，其它线程处理的不好的话，就会造成死锁了。

条件变量使用介绍

• 当线程调用 g_cond.wait(lock) 前要先手动调用 lock->lock() ，这里是通过 std::unique_lock 的构造方法实现的；
• 当线程调用 g_cond.wait(lock) 进入等待后，会调用 lock->unlock() 方法，所以这也是前面构造lock时使用了 std::unique_lock ;
• 通知使用的 g_cond.notify_one() ，这个可以通知一个线程，另外还有 g_cond.notify_all() 用于通知所有线程；
• 线程收到通知的代码放在一个while循环中，这是为了防止APUE中提到的虚假通知。

结束语

以上所述是小编给大家介绍的C++多线程中的锁和条件变量使用教程，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对我们网站的支持！