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C++條件變量如何提高程序效率

c++
小樊
82
2024-11-09 07:13:37
欄目: 編程語言

C++中的條件變量（condition variable）是一種同步原語，它允許線程等待某個(gè)條件成立，同時(shí)釋放互斥鎖（mutex），讓其他線程繼續(xù)執(zhí)行

  1. 避免忙等待：在沒有條件變量的情況下，線程可能會(huì)不斷地檢查條件是否滿足，這會(huì)導(dǎo)致CPU資源的浪費(fèi)。通過使用條件變量，線程可以在條件不滿足時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，當(dāng)條件滿足時(shí)被喚醒，從而避免了忙等待。

  2. 減少鎖競爭：條件變量通常與互斥鎖一起使用，以確保在檢查條件和等待通知時(shí)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。當(dāng)一個(gè)線程等待條件變量時(shí)，其他線程可以繼續(xù)執(zhí)行，從而減少了鎖競爭，提高了程序的執(zhí)行效率。

  3. 提高響應(yīng)速度：通過使用條件變量，線程可以在條件滿足時(shí)立即收到通知，而不需要不斷地檢查條件。這可以提高程序的響應(yīng)速度，特別是在處理I/O操作、事件驅(qū)動(dòng)等場景中。

  4. 簡化線程同步：條件變量提供了一種簡單的方法來實(shí)現(xiàn)線程間的同步，使得程序員可以更容易地編寫并發(fā)代碼。通過使用條件變量，程序員可以避免復(fù)雜的鎖管理和死鎖等問題，從而提高程序的可維護(hù)性。

下面是一個(gè)簡單的C++條件變量示例：

#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) { // 如果ready為false，則等待條件變量
        cv.wait(lck); // 當(dāng)條件變量滿足時(shí)，自動(dòng)釋放鎖并喚醒線程
    }
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 讓主線程先執(zhí)行一段時(shí)間
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        ready = true; // 修改共享變量，使其滿足條件
    }
    cv.notify_all(); // 喚醒所有等待的線程
}

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

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

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

    return 0;
}

在這個(gè)示例中，我們創(chuàng)建了10個(gè)線程，它們都在等待一個(gè)條件（ready變量）。主線程在修改ready變量后，通過條件變量通知所有等待的線程。這樣，我們可以看到，使用條件變量可以避免忙等待，提高程序的執(zhí)行效率。

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