C++ クラス設計でスレッド セーフを実装するにはどうすればよいですか?

スレッドの安全性を実現するには、C++ には 2 つの方法があります。 ミューテックスを使用してクリティカル セクションを保護し、一度に 1 つのスレッドのみがアクセスできるようにします。アトミック操作を使用すると、操作は分割できない方法で実行され、同時アクセスの問題が排除されます。

C++ クラス設計でのスレッド セーフの実装

はじめに

マルチスレッド環境では、データのスレッド セーフを確保することが重要です。 C++ でこれを実現するには、いくつかの方法があります。この記事では、ミューテックスとアトミック操作を使用してスレッドセーフなクラスを設計する方法について説明します。

ミューテックス

ミューテックスは、一度に 1 つのスレッドのみがクリティカル セクションにアクセスできるようにするロック メカニズムです。スレッドがクリティカル セクションに入ると、ミューテックスの所有権を取得します。クリティカル セクションに入ろうとする他のスレッドは、そのスレッドがミューテックスを解放するまでブロックされます。

class ThreadSafeCounter {
private:
    std::mutex m_mutex;
    int m_count;

public:
    void increment() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
        ++m_count;
    }

    int get() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
        return m_count;
    }
};

上記の例では、increment() メソッドと get() メソッドの両方が、標準ライブラリの std::mutex を使用して、重要地区を守る。 1 つのスレッドがカウントを更新している間、他のスレッドは同時に increment() メソッドに入ることができません。 increment() 和 get() 方法都使用标准库中的 std::mutex 保护临界区。当一个线程正在更新计数时，其他线程无法同时进入 increment() 方法。

原子操作

原子操作是一种特殊类型的操作，它以不可分割的方式执行。这意味着一次只能在单个线程中执行这些操作，从而消除了并发访问引发的问题。C++11 中引入了 std::atomic 库，它提供了用于原子操作的类。

class ThreadSafeCounterAtomic {
private:
    std::atomic<int> m_count;

public:
    void increment() {
        ++m_count;
    }

    int get() {
        return m_count.load();
    }
};

在本例中，m_count 是一个原子整数，可以安全地从多个线程中进行增量和获取。std::atomic<int>::load()

アトミック操作

#include <thread>

int main() {
    std::unique_ptr<ThreadSafeCounter> counter = std::make_unique<ThreadSafeCounter>();

    std::vector<std::thread> threads(10);
    for (auto& thread : threads) {
        thread = std::thread([&] {
            for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
                counter->increment();
            }
        });
    }

    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }

    std::cout << "最终计数：" << counter->get() << std::endl;
}

実際的なケース

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