Linux C++多線程并發控制策略

在Linux環境下使用C++進行多線程編程時，需要考慮并發控制策略以確保數據的一致性和線程安全

1. 互斥鎖（Mutex）：互斥鎖是最常用的同步原語之一，用于確保多個線程在訪問共享資源時不會發生沖突。C++標準庫提供了std::mutex類，可以用于創建和管理互斥鎖。當一個線程獲得互斥鎖時，其他線程必須等待該線程釋放鎖才能訪問共享資源。

#include <mutex>
std::mutex mtx; // 全局互斥鎖

void thread_function() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 獲取互斥鎖
    // 訪問共享資源
}

2. 信號量（Semaphore）：信號量是一種計數器，用于控制對共享資源的訪問。C++標準庫沒有直接提供信號量的實現，但可以使用POSIX信號量（如sem_t）進行操作。信號量可以用于限制同時訪問共享資源的線程數量。

#include <semaphore.h>
sem_t sem; // 全局信號量

int main() {
    sem_init(&sem, 0, 1); // 初始化信號量，計數為1

    void thread_function() {
        sem_wait(&sem); // 等待信號量
        // 訪問共享資源
        sem_post(&sem); // 釋放信號量
    }
}

3. 條件變量（Condition Variable）：條件變量是一種同步原語，用于在多線程之間傳遞消息。C++標準庫提供了std::condition_variable類，可以用于創建和管理條件變量。條件變量通常與互斥鎖一起使用，以確保線程之間的同步。

#include <condition_variable>
std::mutex mtx; // 全局互斥鎖
std::condition_variable cv; // 全局條件變量
bool ready = false; // 共享數據

void thread_function1() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 獲取互斥鎖
    cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待條件變量
    // 處理共享資源
}

void thread_function2() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 獲取互斥鎖
    ready = true; // 修改共享數據
    cv.notify_one(); // 通知等待的線程
}

4. 讀寫鎖（Read-Write Lock）：讀寫鎖是一種允許多個線程同時讀取共享資源，但在寫入時會阻塞其他線程的同步原語。C++標準庫沒有直接提供讀寫鎖的實現，但可以使用Boost庫中的boost::shared_mutex類進行操作。

#include <boost/thread/shared_mutex.hpp>
boost::shared_mutex rw_mutex; // 全局讀寫鎖

void read_function() {
    boost::shared_lock<boost::shared_mutex> lock(rw_mutex); // 獲取共享鎖
    // 讀取共享資源
}

void write_function() {
    boost::unique_lock<boost::shared_mutex> lock(rw_mutex); // 獲取獨占鎖
    // 寫入共享資源
}

5. 原子操作（Atomic Operations）：原子操作是一種不可中斷的操作，用于在多線程環境中執行簡單的數據操作。C++11標準庫提供了std::atomic模板類，可以用于執行原子操作。原子操作可以確保在多個線程之間不會發生沖突。

#include <atomic>
std::atomic<int> counter(0); // 全局原子變量

void thread_function() {
    int local_counter = counter.fetch_add(1); // 原子加1
    // 使用local_counter
}

根據具體的應用場景和需求，可以選擇合適的并發控制策略來確保線程安全和數據一致性。在實際編程中，還需要注意避免死鎖、競態條件等問題。