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C++条件变量如何提高程序效率

c++
小樊
82
2024-11-09 07:13:37
栏目: 编程语言

C++中的条件变量(condition variable)是一种同步原语,它允许线程等待某个条件成立,同时释放互斥锁(mutex),让其他线程继续执行

  1. 避免忙等待:在没有条件变量的情况下,线程可能会不断地检查条件是否满足,这会导致CPU资源的浪费。通过使用条件变量,线程可以在条件不满足时进入阻塞状态,当条件满足时被唤醒,从而避免了忙等待。

  2. 减少锁竞争:条件变量通常与互斥锁一起使用,以确保在检查条件和等待通知时不会发生数据竞争。当一个线程等待条件变量时,其他线程可以继续执行,从而减少了锁竞争,提高了程序的执行效率。

  3. 提高响应速度:通过使用条件变量,线程可以在条件满足时立即收到通知,而不需要不断地检查条件。这可以提高程序的响应速度,特别是在处理I/O操作、事件驱动等场景中。

  4. 简化线程同步:条件变量提供了一种简单的方法来实现线程间的同步,使得程序员可以更容易地编写并发代码。通过使用条件变量,程序员可以避免复杂的锁管理和死锁等问题,从而提高程序的可维护性。

下面是一个简单的C++条件变量示例:

#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为false,则等待条件变量
        cv.wait(lck); // 当条件变量满足时,自动释放锁并唤醒线程
    }
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 让主线程先执行一段时间
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        ready = true; // 修改共享变量,使其满足条件
    }
    cv.notify_all(); // 唤醒所有等待的线程
}

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;
}

在这个示例中,我们创建了10个线程,它们都在等待一个条件(ready变量)。主线程在修改ready变量后,通过条件变量通知所有等待的线程。这样,我们可以看到,使用条件变量可以避免忙等待,提高程序的执行效率。

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