在并发编程中，读写场景和生产者消费者场景是非常经典的两种问题。它们的基本思路和实现方法在许多应用中都可以找到。下面分别介绍这两种场景的一些经典问题及其解决方案。
读写场景
经典问题
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多线程访问共享资源：
- 多个线程需要同时读取某个共享数据（例如，配置文件、缓存等），但在某个线程需要写入时，其他线程必须等待。
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统计信息更新：
- 某个程序模块需要定期更新统计信息，其他模块在此期间仍然可以读取这些信息，而在更新时不允许其他线程读取。
解决方案
- 读写锁：使用
shared_mutex来实现多个线程的并发读取，而在写入时使用unique_lock确保独占访问。
// 伪代码示例
class SharedData {
private:int data;mutable std::shared_mutex mutex;public:// 读取数据int read() const {std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(mutex);return data;}// 写入数据void write(int value) {std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mutex);data = value;}
};
生产者消费者场景
经典问题
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消息队列：
- 消息生产者将消息放入队列，消费者从队列中取出消息进行处理。需要保证在队列为空时消费者等待，而在队列满时生产者等待。
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任务调度：
- 任务生成器将任务添加到任务队列中，而工作线程从任务队列中取出任务并执行。需要处理并发安全和阻塞条件。
解决方案
- 条件变量：结合
mutex和condition_variable来实现生产者和消费者之间的协调。
#include <iostream>
#include <queue>
#include <thread>
#include <condition_variable>template <typename T>
class BoundedBuffer {
private:std::queue<T> buffer;size_t max_size;std::mutex mtx;std::condition_variable not_empty;std::condition_variable not_full;public:BoundedBuffer(size_t size) : max_size(size) {}void produce(T item) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);not_full.wait(lock, [this] { return buffer.size() < max_size; });buffer.push(item);not_empty.notify_one();}T consume() {std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);not_empty.wait(lock, [this] { return !buffer.empty(); });T item = buffer.front();buffer.pop();not_full.notify_one();return item;}
};
总结
- 读写场景强调了多个线程如何有效地访问共享资源，尤其是在读取操作多于写入操作时。使用读写锁是一种常见的解决方案。
- 生产者消费者场景则侧重于在多线程环境中协调数据的生产和消费，确保数据的安全性和系统的高效性。利用条件变量和互斥量是解决此问题的经典方式。
这两种场景广泛应用于数据库、缓存、实时处理系统等各种领域，是并发编程中的重要概念。
