C++ Linux下多线程同步方法

在Linux下使用C++进行多线程编程时，线程同步是一个重要的话题。以下是一些常用的线程同步方法：

1. 互斥锁（Mutex）

互斥锁是最基本的同步机制，用于保护共享资源，防止多个线程同时访问。

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

std::mutex mtx; // 全局互斥锁

void print_block(int n, char c) {
    mtx.lock(); // 加锁
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << '\n';
    mtx.unlock(); // 解锁
}

int main() {
    std::thread th1(print_block, 50, '*');
    std::thread th2(print_block, 50, '$');

    th1.join();
    th2.join();

    return 0;
}

2. 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，而不会导致死锁。

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

std::recursive_mutex rmtx;

void func(int n) {
    if (n <= 0) return;
    rmtx.lock();
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " is in func\n";
    func(n - 1);
    rmtx.unlock();
}

int main() {
    std::thread th1(func, 4);
    std::thread th2(func, 3);

    th1.join();
    th2.join();

    return 0;
}

3. 条件变量（Condition Variable）

条件变量用于线程间的等待和通知机制。

#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);
    cv.wait(lck, []{return ready;}); // 等待条件变量
    std::cout << "Thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all(); // 通知所有等待的线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads[i] = std::thread(print_id, i);
    }
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 确保所有线程都已启动
    go();
    for (auto &th : threads) {
        th.join();
    }

    return 0;
}

4. 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> counter(0);

void increment() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // 原子加法
    }
}

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

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

    std::cout << "Counter: " << counter.load() << '\n'; // 输出 200000

    return 0;
}

5. 屏障（Barrier）

屏障用于多个线程之间的同步，确保所有线程都到达某个点后再继续执行。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <barrier>

std::barrier sync_point(3); // 创建一个屏障，等待3个线程

void do_work(int id) {
    std::cout << "Thread " << id << " is doing work\n";
    sync_point.arrive_and_wait(); // 等待其他线程
    std::cout << "Thread " << id << " has finished work\n";
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        threads.emplace_back(do_work, i);
    }
    for (auto &th : threads) {
        th.join();
    }

    return 0;
}

这些是C++ Linux下常用的多线程同步方法。选择合适的同步机制取决于具体的应用场景和需求。