Back to Basics: Concurrency

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档讨论了并发性（Concurrency）和并行性（Parallelism）的区别，并介绍了C++11及后续版本中相关的并发控制机制。主要内容包括数据竞赛（Data Race）的定义及其解决方法、C++11中的互斥量（Mutex）和RAII锁类型、条件变量（Condition Variable）的使用、静态初始化（Static Initialization）和once_flag的应用，以及C++17和C++20中新的并发原语。文档还涉及了蓝绿模式（Blue/Green Pattern）和其他并发相关的高级主题。

AI总结

**《Back to Basics: Concurrency》文档总结**

这份文档是Arthur O’Dwyer关于并发编程的演讲材料，主要围绕C++中的并发和线程安全展开，内容涵盖了从基础概念到高级技术的多个方面。以下是核心内容的总结：

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### 1. **并发与并行的定义**
- **并发（Concurrency）**：指同时执行多个任务，但可能是交替进行的，例如写幻灯片和回复邮件。
- **并行（Parallelism）**：指同时执行多个任务，例如写幻灯片和听音乐。
- 并行是硬件问题（如多CPU），而并发是软件问题（如时间片调度或超线程技术）。

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### 2. **数据竞态与解决方法**
- 数据竞态（Data Race）是指多个线程对同一数据进行读写操作，导致结果不确定性。
- C++11通过引入线程支持和原子操作（`std::atomic`）解决了这一问题，明确了线程安全规则。

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### 3. **C++11中的线程支持**
- **静态初始化问题**：多个线程可能竞态地初始化静态对象，导致问题。
- 例如：`static ComplicatedObject obj("some", "data");`可能导致多个线程竞态初始化。
- 解决方案：使用`std::once_flag`实现一次性初始化。

- **互斥量与RAII锁**：
- C++11引入了`std::mutex`和RAII锁类型（如`std::lock_guard`），确保 Automatically Blocking GouldINGthrough RAII）。
- 通过RAII（资源获取即初始化）管理锁，避免手动加锁解锁的错误。

- **条件变量**：
- `std::condition_variable`用于线程间通信，避免忙等（Busy Waiting）。

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### 4. **C++17与C++20的新特性**
- 新增了更多并发原子操作和工具，如`std::atomic`、`std::shared_mutex`以及C++20的`std::jthread`。
- **蓝绿模式（Blue/Green Pattern）**：通过双重缓冲区减少锁竞争，提升性能。
- C++20进一步优化了并发编程，增加了更多简化并发操作的功能。

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### 5. **总结**
- 并发编程是C++中的核心主题，涉及线程安全、互斥量、条件变量、静态初始化等。
- C++11及后续版本通过引入新的特性和工具，显著改善了并发编程的安全性和效率。
- 开发者需注意Avoiding线程竞态和正确使用同步机制，以写出高效、安全的并发程序。

本文档为开发者提供了从基础到高级的并发编程知识，帮助他们更好地理解和应用C++中的并发特性。