如何在 c++++ 函数中实现线程安全的数据结构?使用互斥锁保护临界区(共享数据)。线程安全的动态数组示例:使用互斥锁保护 std::vector 中的数据。实战案例:线程安全的队列,使用互斥锁和条件变量实现消息队列的线程安全。
如何在 C++ 函数中实现线程安全的数据结构?
在多线程应用程序中,并发访问共享数据可能会导致竞态条件和数据损坏。因此,至关重要的是对共享的数据结构进行线程安全,以确保每个线程都能安全地访问和修改数据。
实现线程安全数据结构的一种简单方法是使用互斥锁。互斥锁是一种同步原语,它允许一次只有一个线程访问临界区(共享数据)。以下代码示例展示了如何使用互斥锁保护动态数组中的数据:
#include #include std::mutex m; // 线程安全的动态数组 class ThreadSafeVector { public: void push_back(int value) { std::lock_guard lock(m); v.push_back(value); } int get(size_t index) { std::lock_guard lock(m); return v[index]; } private: std::vector v; }; int main() { ThreadSafeVector v; v.push_back(1); int value = v.get(0); // ... }
此示例中,std::lock_guard
用作 RAII(资源获取即初始化)封装,它在进入临界区时自动获取互斥锁,并在退出临界区时自动释放互斥锁。这确保了在同一时间只有一个线程能访问 v
向量。
实战案例:线程安全的队列
假设我们有一个多线程应用程序,线程需要共享一个消息队列。为了使队列线程安全,可以使用互斥锁和条件变量来实现:
#include #include #include std::mutex m; std::condition_variable cv; class ThreadSafeQueue { public: void push(int value) { std::lock_guard lock(m); q.push(value); cv.notify_one(); } int pop() { std::unique_lock lock(m); cv.wait(lock, [this]{ return !q.empty(); }); int value = q.front(); q.pop(); return value; } private: std::queue q; }; int main() { ThreadSafeQueue q; // ... }
在这种情况下,std::condition_variable
用于通知线程队列中是否有新的消息。std::unique_lock
用于锁定和解锁互斥锁,同时还可以通过 cv.wait()
方法使线程进入休眠状态,直到队列中有新消息。
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