C++在Linux下如何实现多线程同步 - 问答

在Linux下，C++可以通过多种方式实现多线程同步。以下是一些常用的同步机制：

互斥锁（Mutexes）:
- std::mutex: C++标准库提供的互斥锁，用于保护共享资源。
- std::lock_guard: RAII风格的互斥锁管理类，它在构造时锁定互斥锁，在析构时自动解锁。
- std::unique_lock: 提供比std::lock_guard更灵活的锁定机制，允许延迟锁定、时间锁定等。
条件变量（Condition Variables）:
- std::condition_variable: 与互斥锁一起使用，允许线程等待某个条件成立。
- std::condition_variable_any: 类似于std::condition_variable，但可以与任何锁类型一起使用。
读写锁（Read-Write Locks）:
- std::shared_mutex: C++17引入的读写锁，允许多个读取者或一个写入者访问共享资源。
- std::shared_lock: 与std::shared_mutex配合使用，用于读取操作。
原子操作（Atomic Operations）:
- std::atomic: C++11引入的模板类，用于执行原子操作，保证操作的原子性，无需使用互斥锁。
屏障（Barriers）:
- std::barrier: C++20引入的同步原语，用于使一组线程互相等待到达某个点。
信号量（Semaphores）:
- POSIX信号量：Linux特有的同步机制，可以通过sem_wait, sem_post, sem_init等函数来使用。

下面是一个简单的例子，展示了如何使用std::mutex和std::condition_variable来实现线程同步：

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

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

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready) {
        cv.wait(lck); // 等待条件变量
    }
    // 打印线程ID
    std::cout << "Thread " << id << std::endl;
}

void go() {
    std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true; // 改变条件变量
    cv.notify_all(); // 唤醒所有等待的线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    // 创建多个线程
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads[i] = std::thread(print_id, i);
    }
    std::cout << "10 threads ready to race..." << std::endl;
    go(); // 改变条件并唤醒线程
    for (auto &th : threads) {
        th.join(); // 等待所有线程完成
    }
    return 0;
}

在这个例子中，我们创建了10个线程，它们都在等待一个条件变量cv被通知。主线程通过调用go()函数来改变条件变量ready的状态，并通过cv.notify_all()来唤醒所有等待的线程。一旦被唤醒，线程将检查条件变量ready，如果为true，则继续执行。

请注意，多线程编程需要小心处理同步问题，以避免死锁、竞态条件等问题。务必确保在使用共享资源时正确地锁定和解锁互斥锁，并且在适当的时候使用条件变量来同步线程。

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