C++多线程中的锁和条件变量使用教程
时间：2021-05-07 10:47:45|栏目：C代码|点击： 次
在做多线程编程时，有两个场景我们都会遇到：
- 多线程访问共享资源，需要用到锁；
- 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
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