Linux C++程序如何实现并发控制

在Linux环境下使用C++实现并发控制，可以采用多种方法。以下是一些常用的并发控制机制和相应的示例代码：

1. 使用互斥锁（Mutex）

互斥锁用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx; // 全局互斥锁
int shared_data = 0;

void increment() {
    mtx.lock(); // 加锁
    ++shared_data;
    mtx.unlock(); // 解锁
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
    return 0;
}

2. 使用递归互斥锁（Recursive Mutex）

递归互斥锁允许同一个线程多次锁定同一个互斥锁，避免死锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::recursive_mutex mtx; // 全局递归互斥锁
int shared_data = 0;

void increment(int count) {
    if (count <= 0) return;
    mtx.lock(); // 加锁
    ++shared_data;
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " incremented shared_data to " << shared_data << std::endl;
    mtx.unlock(); // 解锁
    increment(count - 1);
}

int main() {
    std::thread t1(increment, 5);
    std::thread t2(increment, 3);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Final shared data: " << shared_data << std::endl;
    return 0;
}

3. 使用条件变量（Condition Variable）

条件变量用于线程间的同步，允许一个线程等待某个条件成立，而另一个线程在条件成立时通知等待的线程。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待条件成立
    std::cout << "Worker thread is processing data..." << std::endl;
}

void trigger() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 模拟一些工作
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one(); // 通知等待的线程
}

int main() {
    std::thread t1(worker);
    std::thread t2(worker);

    trigger();

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

4. 使用原子操作（Atomic Operations）

原子操作可以在不使用锁的情况下实现线程安全的操作。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> shared_data(0);

void increment() {
    ++shared_data; // 原子操作
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
    return 0;
}

5. 使用读写锁（Read-Write Lock）

读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>

std::shared_mutex rw_mtx; // 全局读写锁
int shared_data = 0;

void reader() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 读锁
    std::cout << "Reader thread read shared_data: " << shared_data << std::endl;
}

void writer() {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 写锁
    ++shared_data;
    std::cout << "Writer thread wrote shared_data: " << shared_data << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(reader);
    std::thread t2(writer);
    std::thread t3(reader);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

这些示例展示了在Linux环境下使用C++实现并发控制的几种常见方法。根据具体的需求和场景，可以选择合适的并发控制机制。