C++11实战并发编程

"C++并发编程" C++并发编程是现代C++（特别是C++11及以后的版本）中的一个重要领域，它涉及到多线程技术的深入理解和应用。本书《C++ Concurrency in Action》由Anthony Williams撰写，是该主题的经典之作。书中详细讲解了如何在C++环境中有效地实现和管理并发程序。 并发编程允许程序同时执行多个任务，从而提高计算效率，特别是在多核处理器的环境下。C++11引入了对并发编程的内置支持，包括线程库（<thread>）、互斥量（mutexes）、条件变量（condition variables）以及原子操作（atomic operations）等工具，使得开发者能够直接在语言级别上处理并发问题。 1. **线程**：C++11中的`std::thread`库允许开发者创建和管理线程。通过创建线程，可以将任务分解到不同的执行路径上，但同时也引入了竞态条件（race conditions）和死锁（deadlocks）的风险。 2. **互斥量**：互斥量是同步机制的一种，用于保护共享资源免受并发访问的影响。`std::mutex`类提供了独占式锁定，确保同一时间只有一个线程可以访问受保护的代码块。 3. **条件变量**：`std::condition_variable`类允许线程等待特定条件满足后再继续执行，这在多线程通信中非常有用。通过结合互斥量，条件变量可以确保线程在正确的时间被唤醒。 4. **原子操作**：原子操作（如`std::atomic`类型）保证了在多线程环境下操作的不可分割性，避免了数据竞争，是构建线程安全的数据结构的基础。 5. **智能指针**：C++11的智能指针如`std::shared_ptr`和`std::unique_ptr`在多线程环境中特别重要，因为它们能自动管理对象的生命周期，防止资源泄露，尤其是在线程间共享对象时。 6. **异常安全性和线程局部存储**：在并发编程中，异常安全性和线程局部存储（thread-local storage）也是关键考虑因素。线程局部存储可以确保每个线程拥有自己的变量副本，而异常安全则保证即使在异常发生时也能正确地清理资源。 7. **线程池**：线程池是一种优化策略，通过预先创建一组线程，而不是每次需要时都创建新线程，从而减少线程创建和销毁的开销。C++标准库并未提供线程池，但许多第三方库如Boost和C++20的`std::jthread`提供了实现。 8. **死锁和活锁**：并发编程中的两大难题是死锁和活锁。死锁是当两个或更多线程相互等待对方释放资源而无法继续的情况，活锁则是线程不断地尝试但无法取得进展。理解这些概念并知道如何预防和解决至关重要。 9. **同步原语**：除了上述工具外，C++还提供了其他同步原语，如`std::future`和`std::promise`用于异步编程，`std::latch`和`std::barrier`用于同步一组线程的行动。 10. **性能优化**：在编写并发程序时，理解CPU缓存、内存模型和指令级并行对于最大化性能至关重要。有效的数据布局、减少锁的使用和适当的任务粒度调整都是提高并发性能的关键。 《C++ Concurrency in Action》这本书深入探讨了这些概念，并提供了大量实践示例，旨在帮助开发者克服并发编程中的挑战，编写出高效且可靠的多线程C++程序。