C++并发控制入门指南（掌握多线程同步与线程安全核心技术）

什么是并发控制？

并发控制是指在多线程环境中，协调多个线程对共享资源的访问，以确保程序的正确性和稳定性。如果没有适当的控制机制，多个线程同时修改同一数据可能导致数据竞争（Race Condition），从而产生不可预测的结果。

C++标准库中的并发工具

自C++11起，标准库引入了强大的多线程支持，包括std::thread、std::mutex、std::lock_guard等。这些工具帮助开发者实现多线程同步和线程安全。

1. 使用互斥锁（Mutex）保护共享数据

C++互斥锁是最基础的同步原语。它确保同一时间只有一个线程能访问临界区（Critical Section）。

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>int shared_counter = 0;std::mutex mtx;void increment() {    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);        ++shared_counter;    }}int main() {    std::thread t1(increment);    std::thread t2(increment);    t1.join();    t2.join();    std::cout << "Final counter value: " << shared_counter << std::endl;    return 0;}

上面的代码使用std::mutex和std::lock_guard确保对shared_counter的修改是原子的，避免了数据竞争。这是实现线程安全的经典方式。

2. 条件变量（Condition Variable）实现线程间通信

当一个线程需要等待某个条件成立时，可以使用std::condition_variable。它通常与互斥锁配合使用。

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>std::mutex mtx;std::condition_variable cv;bool ready = false;void worker_thread() {    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);    cv.wait(lock, []{ return ready; });    std::cout << "Worker thread is processing data.\n";}int main() {    std::thread worker(worker_thread);    {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);        ready = true;    }    cv.notify_one();    worker.join();    return 0;}

最佳实践与常见陷阱

• 始终使用RAII（如std::lock_guard或std::unique_lock）管理锁，避免忘记解锁。
• 避免在持有锁时执行耗时操作，防止阻塞其他线程。
• 注意死锁：如果多个线程以不同顺序获取多个锁，可能导致死锁。应统一加锁顺序。
• 尽量减少共享状态，优先考虑无锁编程或使用线程本地存储（thread_local）。

总结

通过本文，你已经掌握了C++并发控制的基础知识，包括如何使用互斥锁、条件变量等工具实现多线程同步和线程安全。记住，良好的并发设计不仅能提升性能，还能增强程序的健壮性。继续练习这些技巧，你将能够编写出高效且可靠的多线程C++程序！

关键词回顾：C++并发控制、多线程同步、C++互斥锁、C++线程安全。