C++在Linux如何进行并发编程 - 问答

在Linux环境下，C++可以通过多种方式实现并发编程。以下是一些常用的方法：

多线程：使用C++11引入的<thread>库可以轻松地创建和管理线程。

#include <iostream>
#include <thread>

void helloFunction() {
    std::cout << "Hello from a thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(helloFunction);
    t.join(); // 等待线程完成
    return 0;
}

互斥锁（Mutexes）：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; // 创建一个互斥锁

void printMessage(const std::string& msg) {
    mtx.lock(); // 加锁
    std::cout << msg << std::endl;
    mtx.unlock(); // 解锁
}

int main() {
    std::thread t1(printMessage, "Hello from thread 1");
    std::thread t2(printMessage, "Hello from thread 2");

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

    return 0;
}

条件变量（Condition Variables）：允许线程等待某个条件成立。

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

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

void printId(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck, []{return ready;}); // 等待条件变量
    std::cout << "Thread " << id << std::endl;
}

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];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(printId, i);

    std::cout << "10 threads ready to race..." << std::endl;
    go(); // go!

    for (auto &th : threads) th.join();

    return 0;
}

原子操作（Atomic Operations）：通过<atomic>库提供的原子类型和操作，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 incrementCounter() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        counter++; // 原子操作
    }
}

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

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

    std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;

    return 0;
}

信号量（Semaphores）：虽然C++标准库没有直接提供信号量，但可以使用POSIX信号量或者Boost库中的信号量。
管道（Pipes）和命名管道（Named Pipes）：用于线程间或进程间的通信。
消息队列（Message Queues）：同样用于线程间或进程间的通信，可以使用POSIX消息队列或者System V消息队列。
共享内存（Shared Memory）：允许多个进程访问同一块内存区域，可以使用POSIX共享内存或者System V共享内存。
远程过程调用（RPC）：如gRPC，允许一个程序调用另一个地址空间（通常是另一台机器上）的过程或函数。
异步编程模型（Asynchronous Programming Model）：使用<future>和<async>库来执行异步操作。

#include <iostream>
#include <future>

int asyncAdd(int x, int y) {
    return x + y;
}

int main() {
    // 返回一个future对象，它将持有异步操作的结果
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, asyncAdd, 5, 7);

    // 可以继续做其他事情
    std::cout << "Waiting for the result..." << std::endl;

    // 获取异步操作的结果
    std::cout << "The result is " << result.get() << std::endl;

    return 0;
}

选择哪种并发模型取决于具体的应用场景和需求。例如，如果需要简单的线程管理，<thread>库可能是最直接的选项。如果需要更复杂的同步控制，可能需要使用互斥锁、条件变量或原子操作。对于高性能的并发处理，可能需要考虑无锁数据结构和算法。

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