線程間不通信的話，每個線程受CPU的調(diào)度，沒有任何執(zhí)行上的順序可言，線程1和線程2是根據(jù)CPU調(diào)度算法來的，兩個線程都有可能先運行，是不確定的，線程間的運行順序是不確定的；
所以多線程程序出問題，難以復(fù)現(xiàn)，因為誰也不知道當(dāng)時線程執(zhí)行的先后順序，我們一般可以得到每個線程的線程棧信息來分析是否發(fā)生死鎖的問題之類的。
我們要保證線程間的運行順序

通信就是：

線程1和線程2一起運行，線程2要做的事情必須先依賴于線程1完成部分的事情，然后告訴線程2這部分東西做好了，線程2就可以繼續(xù)向下執(zhí)行了。
或者是線程1接下來要做某些操作，這些操作需要線程2把另外一部分事情做完，然后通知一下線程1它做完了，然后線程1才能做這些操作。

生產(chǎn)者，消費者線程模型

2、生產(chǎn)者-消費者線程模型

注意： C++ STL所有的容器都不是線程安全的，都需要進行封裝。

如果直接使用queue，使用queue的push和pop操作時，會涉及線程安全問題。我們直接在queue的基礎(chǔ)上，直接將其封裝成線程安全的queue。

**注意：**線程函數(shù)代碼和后面的main函數(shù)代碼都是不會變的；

在這里插入圖片描述

使用lock_gard，不用直接使用互斥鎖的lock和unlock方法，通過棧上的對象構(gòu)造和出作用域析構(gòu)，來自動調(diào)用互斥鎖的lock和unlock方法；

在這里插入圖片描述

封裝的queue代碼，為什么每次出錯都是不一樣的？

消費者消費的比較快，queue為空時，就會出錯；（需要有線程間的通信機制）

我們需要：生產(chǎn)者生產(chǎn)一個物品，通知消費者消費一個；消費完了，消費者再通知生產(chǎn)者繼續(xù)生產(chǎn)物品

條件變量：可以精確做線程間的同步通信；

信號量也可以做，但是做不到生產(chǎn)一個消費一個，這么精確。

在這里插入圖片描述

注意：條件變量cv.wait里面?zhèn)鞯氖莡nique_lock，也只能傳unique_lock，因為lock_gard將拷貝構(gòu)造和賦值重載都delete了（實參到形參是一個拷貝構(gòu)造的過程，傳不進來）

#include <iostream>
#include <thread>//多線程的頭文件 
#include <mutex>//互斥鎖的頭文件 
#include <condition_variable>//條件變量的頭文件 
#include <queue>//C++ STL所有的容器都不是線程安全
using namespace std;
std::mutex mtx;//定義互斥鎖，做線程間的互斥操作
std::condition_variable cv;//定義條件變量，做線程間的同步通信操作
//生產(chǎn)者生產(chǎn)一個物品，通知消費者消費一個；消費完了，消費者再通知生產(chǎn)者繼續(xù)生產(chǎn)物品
class Queue  
{
public:
	void put(int val)//生產(chǎn)物品
	{
		unique_lock<std::mutex> lck(mtx);//unique_ptr
		while (!que.empty())
		{
			//que不為空，生產(chǎn)者應(yīng)該通知消費者去消費，消費者消費完了，生產(chǎn)者再繼續(xù)生產(chǎn)
			//生產(chǎn)者線程進入#1等待狀態(tài)，并且#2把mtx互斥鎖釋放掉
			cv.wait(lck);//傳入一個互斥鎖，當(dāng)前線程掛起，處于等待狀態(tài)，并且釋放當(dāng)前鎖 lck.lock()  lck.unlock
		}
		que.push(val);
		/*
		notify_one:通知喚醒另外的一個線程的
		notify_all:通知喚醒其它所有線程的
		通知其它所有的線程，我生產(chǎn)了一個物品，你們趕緊消費吧
		其它線程得到該通知，就會從等待狀態(tài) =》 到阻塞狀態(tài) =》 但是要獲取互斥鎖才能繼續(xù)向下執(zhí)行
		*/
		cv.notify_all();
		cout << "生產(chǎn)者 生產(chǎn):" << val << "號物品" << endl;
	}
	int get()//消費物品
	{
		lock_guard<std::mutex> guard(mtx);//相當(dāng)于scoped_ptr
		unique_lock<std::mutex> lck(mtx);//相當(dāng)于unique_ptr 更安全 
		while (que.empty())
		{
			//消費者線程發(fā)現(xiàn)que是空的，通知生產(chǎn)者線程先生產(chǎn)物品
			//#1 掛起，進入等待狀態(tài) #2 把互斥鎖mutex釋放
			cv.wait(lck);
		}//如果其他線程執(zhí)行notify了,當(dāng)前線程就會從等待狀態(tài) =》到阻塞狀態(tài) =》但是要獲取互斥鎖才能繼續(xù)向下執(zhí)行 
		int val = que.front();
		que.pop();
		cv.notify_all();//通知其它線程我消費完了，趕緊生產(chǎn)吧
		cout << "消費者 消費:" << val << "號物品" << endl;
		return val;
	}
private:
	queue<int> que;
};
//這里模擬生產(chǎn)者生產(chǎn)10個物品，消費者消費10個物品
void producer(Queue* que)//生產(chǎn)者線程
{
	for (int i = 1; i <= 10; ++i)
	{
		que->put(i);
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));//睡眠100毫秒 
	}
}
void consumer(Queue* que)//消費者線程
{
	for (int i = 1; i <= 10; ++i)
	{
		que->get();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));//睡眠100毫秒 
	}
}
int main()
{
	Queue que;	//兩個線程共享的隊列 
	std::thread t1(producer, &que);//開啟生產(chǎn)者線程 
	std::thread t2(consumer, &que);//開啟消費者線程 
	//主線程等待兩個子線程都執(zhí)行完再結(jié)束。
	t1.join(); 
	t2.join();
	return 0;
}

在這里插入圖片描述

3、lock_gard和unique_lock

lock_gard和unique_lock可以看成unique_ptr和scope_ptr之間的關(guān)系，lock_gard和unique_lock做的事情是一樣的，都是在構(gòu)造函數(shù)中國自動執(zhí)行mutex的lock()函數(shù)，在析構(gòu)函數(shù)中自動執(zhí)行mutex的unlock()函數(shù)。

lock_gard源碼：

在這里插入圖片描述

unique_lock源碼：

在這里插入圖片描述

4、流程分析

在這里插入圖片描述

首先消費者線程拿到互斥鎖，生產(chǎn)者線程沒有拿到互斥鎖，生產(chǎn)者線程處于阻塞狀態(tài)；
消費者線程發(fā)現(xiàn)que隊列是空的，進入while循環(huán)，進入的等待狀態(tài)，將互斥鎖釋放（都是由條件變量控制的）；
此時生產(chǎn)者線程拿到互斥鎖，不進入while循環(huán)，生產(chǎn)對象放入que隊列中，notify_all通知其他線程，也就是消費者線程，由等待狀態(tài)進入阻塞狀態(tài)，當(dāng)生產(chǎn)者線程函數(shù)完之后，出了函數(shù)作用域，將mutex互斥鎖釋放了，消費者線程拿到鎖了，阻塞狀態(tài)變?yōu)檫\行狀態(tài)，繼續(xù)向下執(zhí)行；
消費者線程消費完之后，繼續(xù)通知生產(chǎn)者，我消費完了。

到此這篇關(guān)于C++詳細(xì)分析線程間的同步通信的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++線程同步通信內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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