C++多线程编程实践：并发与同步

"C++中的多线程编程技术及其应用示例" 在C++编程中，多线程是一种允许程序同时执行多个独立任务的技术，能够显著提高应用程序的效率和响应性。以下将详细讨论多线程的基本概念、示例以及线程同步机制。 1. 多线程基础 多线程在C++中可以通过`<thread>`库来实现。在提供的第一个案例中，我们看到如何创建和管理多个线程。`thread`类被用来实例化线程对象，并通过传递函数名和参数来启动线程。在这个例子中，`run`函数被用作线程执行体，`main`函数中通过循环创建了10个线程。当使用`detach()`时，线程会与主线程分离，各自独立执行，执行顺序不可预测，实现了并发。 2. 线程顺序执行 第二个案例展示了如何创建并保证线程按特定顺序执行。在这种情况下，三个线程`t1`, `t2`, `t3`分别调用`helloworld`, `helloworldA`, `helloworldB`函数，由于没有进行线程同步，它们会按照创建的顺序依次执行，这是因为线程调度器默认的行为。 3. 线程加锁与解锁 多线程环境下，当多个线程试图访问共享资源时，可能会引发竞态条件，导致数据不一致。为了解决这个问题，可以使用互斥量（`mutex`）。在第三个案例中，`g_mutex`是一个全局互斥锁，用于保护共享变量`g_num`。`lock()`和`unlock()`方法用于获取和释放锁。在`goA`和`goB`函数中，当一个线程持有锁时，其他尝试获取锁的线程会被阻塞，直到锁被释放。这样确保了对共享资源的独占访问，避免了竞态条件。 4. 其他线程同步工具 除了互斥量，C++还提供了其他同步工具，如条件变量（`condition_variable`）用于线程间的同步通信，屏障（`barrier`）让一组线程等待所有线程到达特定点后继续执行，信号量（`semaphore`）控制对资源的访问数量等。 5. 线程安全与性能 在编写多线程程序时，必须注意线程安全问题，即在并发环境下正确性和一致性。线程的创建和销毁都有一定的开销，因此过多的线程可能导致性能下降。合理地设计线程数量和同步策略是优化多线程程序的关键。 6. 线程局部存储 对于某些仅在特定线程中使用的数据，可以使用线程局部存储（Thread Local Storage，TLS），每个线程都有自己的副本，不会互相干扰。 总结，C++的多线程功能强大且灵活，但同时也需要谨慎处理并发问题。理解并熟练掌握线程同步机制、线程安全和性能优化是编写高效多线程程序的基础。