Linux中C++并发编程模型有哪些

Linux下C++并发编程模型全景

一 线程与同步原语

• POSIX Threads（pthreads）：C语言风格的线程API，提供线程创建/销毁、互斥锁、条件变量、读写锁、屏障等，控制力强，适合底层与可移植需求。
• C++11 标准线程库：以std::thread为核心，配合std::mutex、std::lock_guard、std::unique_lock、std::condition_variable、std::atomic、thread_local等，类型安全、易用性高，覆盖大多数共享内存并发场景。
• 线程池与任务队列：预先创建固定数量工作线程，任务入队由空闲线程执行，降低线程创建/销毁开销，常用于高吞吐服务与计算任务调度。
• 高级并行库：如Intel TBB，提供任务调度、并行容器/算法、流水线与负载均衡，适合复杂数据并行与分治算法。

二 并行化与数据并行

• OpenMP：基于编译指令的共享内存并行模型，适合循环并行、sections并行与任务并行，上手快、对现有代码侵入小，常用于数值计算与批处理任务。
• C++ 标准并行算法（自C++17起）：如std::for_each(std::execution::par, …)、std::transform_reduce等，配合std::atomic或无锁数据结构实现数据并行。
• TBB 高层抽象：以任务和图执行模型对数据并行进行自动划分与调度，减少显式线程管理负担。

三 异步I O与事件驱动

• I/O 多路复用：select/poll/epoll（Linux），配合非阻塞I/O实现高并发连接处理；kqueue（BSD/macOS）。
• Reactor 模式：单/少量线程监听事件，就绪后同步处理I/O与业务逻辑，简单高效，但对耗时业务不友好。
• Proactor 与异步I/O：基于Linux AIO或平台异步机制（如IOCP）实现“发起即返回，完成后回调”，适合磁盘/网络高并发。
• Boost.Asio / Standalone Asio：跨平台异步I/O库，底层在Linux使用epoll，支持回调、future/promise与**C++20协程（co_await）**三种异步范式，覆盖TCP/UDP/串口/定时器等。

四 进程与分布式并发

• 多进程与进程池：fork/exec创建子进程，配合wait/waitpid回收；进程池可共享监听套接字，结合SO_REUSEPORT实现内核级负载均衡、缓解“惊群”。
• 消息传递与中间件：ZeroMQ提供请求-回复、发布-订阅、管道等通信模式，支持TCP/ IPC等，便于构建松耦合并发系统。
• 分布式内存并行：MPI用于跨节点并行计算，提供丰富通信原语与拓扑，适合大规模科学计算与集群任务。

五 并发编程模型选型建议