如何在Linux C++項目中實現細粒度的線程同步

在 Linux C++ 項目中實現細粒度的線程同步需要使用一些高級的同步原語

1. 使用互斥鎖（std::mutex）：互斥鎖是最基本的同步原語，用于保護共享資源免受多個線程同時訪問的影響。在 C++11 及更高版本中，可以使用 std::mutex 和 std::lock_guard 或 std::unique_lock 來實現互斥鎖。

#include <mutex>

std::mutex mtx; // 全局互斥鎖

void thread_function() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自動加鎖
    // 訪問共享資源
}

2. 使用條件變量（std::condition_variable）：條件變量用于在多個線程之間傳遞消息。它們通常與互斥鎖一起使用，以確保在檢查條件和等待通知時不會發生競爭條件。

#include <condition_variable>

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

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

void thread_function2() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_one(); // 通知等待的線程
}

3. 使用原子操作（std::atomic）：原子操作是一種不可中斷的操作，可以在不使用鎖的情況下實現細粒度的同步。C++11 提供了 std::atomic 類型，可以用于實現原子操作。

#include <atomic>

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

void thread_function() {
    int local_counter = counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // 原子加 1
    // 處理共享資源
}

4. 使用讀寫鎖（std::shared_mutex）：讀寫鎖允許多個線程同時讀取共享資源，但在寫入時會阻止其他線程訪問。這在讀操作遠多于寫操作的場景下非常有用。C++17 提供了 std::shared_mutex 類型。

#include <shared_mutex>

std::shared_mutex rw_mtx; // 全局讀寫鎖

void read_function() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 讀鎖
    // 訪問共享資源
}

void write_function() {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx); // 寫鎖
    // 修改共享資源
}

根據項目的需求和場景，可以選擇適當的同步原語來實現細粒度的線程同步。在實際應用中，可能需要結合多種同步原語來確保線程安全。