在做多線程編程時(shí)，有兩個(gè)場(chǎng)景我們都會(huì)遇到：

1. 多線程訪問(wèn)共享資源，需要用到鎖茫因；
2. 多線程間的狀態(tài)同步，這個(gè)可用的機(jī)制很多杖剪，條件變量是廣泛使用的一種。

今天我用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)給大家介紹下鎖和條件變量的使用驰贷。

代碼使用C++11

示例代碼

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

std::mutex              g_mutex;     // 用到的全局鎖
std::condition_variable g_cond;      // 用到的條件變量

int  g_i       = 0;
bool g_running = true;

void ThreadFunc(int n) {             // 線程執(zhí)行函數(shù)
  for (int i = 0; i < n; ++i) {
    {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);      // 加鎖盛嘿，離開(kāi){}作用域后鎖釋放
      ++g_i;
      std::cout << "plus g_i by func thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    }
  }

  std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);        // 加鎖
  while (g_running) {
    std::cout << "wait for exit" << std::endl;
    g_cond.wait(lock);                               // wait調(diào)用后，會(huì)先釋放鎖括袒，之后進(jìn)入等待狀態(tài)次兆；當(dāng)其它進(jìn)程調(diào)用通知激活后，會(huì)再次加鎖
  }

  std::cout << "func thread exit" << std::endl;
}

int main() {
  int         n = 100;
  std::thread t1(ThreadFunc, n);       // 創(chuàng)建t1線程（func thread）锹锰，t1會(huì)執(zhí)行`ThreadFunc`中的指令

  for (int i = 0; i < n; ++i) {
    {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
      ++g_i;
      std::cout << "plus g_i by main thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    }
  }

  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
    g_running = false;
    g_cond.notify_one();      // 通知其它線程
  }

  t1.join();         // 等待線程t1結(jié)束

  std::cout << "g_i = " << g_i << std::endl;
}

程序運(yùn)行后芥炭，關(guān)鍵輸出如下：

plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
plus g_i by func thread 139921006847744
wait for exit                             // func thread等待main thread發(fā)來(lái)的退出信號(hào)
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
plus g_i by main thread 139921025066816
func thread exit
g_i = 200          // 鎖機(jī)制保證了g_i的正確

可以看到：

1. 兩個(gè)線程有各自的線程id（thread id），通過(guò)std::this_thread::get_id()獲得恃慧；
2. 兩個(gè)線程交替執(zhí)行园蝠，需要有先后順序時(shí)，就可以通過(guò)條件變量這種機(jī)制來(lái)做到痢士；
3. 通過(guò)鎖機(jī)制（mutex）保證了g_i計(jì)算結(jié)果的正確

加鎖方法介紹

加鎖相關(guān)的代碼為：

{
  std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
  ......
}

要點(diǎn)為：

1. 首先，這在一個(gè)局部作用域內(nèi)，std::lock_guard在構(gòu)造時(shí)伦籍，會(huì)調(diào)用g_mutex->lock()方法搀愧；
2. 局部作用域代碼結(jié)束后，std:;lock_guard的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被調(diào)用城侧，函數(shù)中會(huì)調(diào)用g_mutex->unlock()方法易遣。

這樣就實(shí)現(xiàn)了加鎖和解鎖的過(guò)程，為什么不直接調(diào)用加鎖解鎖方法呢嫌佑？

我想豆茫，這是因?yàn)槿绻渔i和解鎖中間的代碼出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致線程函數(shù)異常退出屋摇，那么這個(gè)鎖就一直無(wú)法得到釋放澜薄，其它線程處理的不好的話，就會(huì)造成死鎖了摊册。

條件變量使用介紹

1. 當(dāng)線程調(diào)用g_cond.wait(lock)前要先手動(dòng)調(diào)用lock->lock()肤京，這里是通過(guò)std::unique_lock的構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)的；
2. 當(dāng)線程調(diào)用g_cond.wait(lock)進(jìn)入等待后，會(huì)調(diào)用lock->unlock()方法忘分，所以這也是前面構(gòu)造lock時(shí)使用了std::unique_lock;
3. 通知使用的g_cond.notify_one()棋枕，這個(gè)可以通知一個(gè)線程，另外還有g_cond.notify_all()用于通知所有線程妒峦；
4. 線程收到通知的代碼放在一個(gè)while循環(huán)中重斑，這是為了防止APUE中提到的虛假通知。

結(jié)束語(yǔ)

上面是我對(duì)C++11中多線程加鎖和條件變量使用的基本認(rèn)識(shí)肯骇，有不當(dāng)?shù)牡胤娇耍€望指正。

參考

cppreference：https://en.cppreference.com/w/cpp/thread

APUE：https://book.douban.com/subject/1439495/