C++ 线程间同步

发布时间：2021-03-29 09:36:33　最后更新：2021-03-30 09:02:29　浏览次数：2382

0 前言

多线程在运行过程中，各个线程都是随着 OS 的调度算法，占用 CPU 时间片来执行指令做事情，每个线程的运行完全没有顺序可言。

在某些应用场景下，一个线程需要等待另外一个线程的运行结果，才能继续往下执行，这就涉及到线程之间的同步通信机制。

线程间同步通信最典型的例子就是生产者-消费者模型，生产者线程生产出产品以后，会通知消费者线程去消费产品；当消费者线程去消费产品时，发现还没有产品生产出来，它需要通知生产者线程赶快生产产品，等生产者线程生产出产品以后，消费者线程才能继续往下执行。

1 消费者“被动等待”

#include 
#include 
#include 

static std::mutex mtx;
static std::deque<int> dq;
static int productNum = 5;

void Producer()
{
    using namespace std::literals::chrono_literals;
    for (int i = 1; i <= productNum; ++i) {
        mtx.lock();
        dq.push_front(i);
        std::cout << "Producer 生产产品为: " << i << std::endl;
        mtx.unlock();
        // std::this_thread::sleep_for(1s);
    }
}

void Consumer()
{
    while (true) {
        if (dq.empty()) {
            continue;
        }
        mtx.lock();
        int data = dq.back();
        dq.pop_back();
        std::cout << "Consumer 消费产品为: " << data << std::endl;
        mtx.unlock();
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(Producer);
    std::thread t2(Consumer);
    t2.join();
    t1.join();
    std::cin.get();
}

程序运行结果如下：

如果让生产者线程每生产一个产品后休息（sleep） 1s，结果如下：

解释：该例子中，生产者和消费者分别对应两个线程。队列中存在物品时，消费者去消费，否则空循环，一直等待。

缺点：当双端队列中没有物品时，消费者只会原地死等，不会去催。

2 消费者“主动出击”

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
  
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::vector<int> vec;
int productNum = 5;

void Producer()
{
    for (int i = 1; i <= productNum; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        while (!vec.empty()) {
            cv.wait(lock); // vec 不为空时阻塞当前线程
        }
        vec.push_back(i);
        std::cout << "Producer生产产品: " << i << std::endl;
        cv.notify_all(); // 释放线程锁
    }
}

void Consumer()
{
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        while (vec.empty()) {
            cv.wait(lock); // vec 为空时等待线程锁。其他线程锁释放时，当前线程继续执行
        }
        int data = vec.back();
        vec.pop_back();
        std::cout << "Consumer消费产品: " << data << std::endl;
        cv.notify_all();
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(Producer);
    std::thread t2(Consumer);
    t2.join();
    t1.join();
    std::cin.get();
}