线程同步：mutex 与 condition_variable

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第 5 关：线程同步：mutex 与 condition_variable

C++高级

📖 本课目标

本关属于《C++ 高级特性》第 5 课。阅读右侧代码模板，理解每一行的作用，然后动手修改并完成练习。

🎯 本课要点

include <iostream>
include <thread>
include <mutex>
include <condition_variable>
include <chrono>
include <queue>

🛠 学习方式

阅读右侧代码模板中的注释与实现
修改代码，尝试达成新的效果
点击「运行」查看实际输出
确认理解后点击「提交」标记本关完成

💡 说明

本关为 C++，浏览器内无法真正执行该语言。当前「运行」输出为演示结果，请在本地环境中编译运行以验证代码。

main.pytest.py

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <chrono>
#include <queue>
using namespace std;

// === 1. mutex：保护共享数据，防止数据竞争 ===
mutex mtx;
int balance = 0;

void deposit(int amount) {
    // lock_guard 在构造时加锁、析构时自动解锁，
    // 作用域结束即释放，避免忘记 unlock 导致死锁
    lock_guard<mutex> lock(mtx);
    balance += amount;
}

// === 2. condition_variable：线程间「等待-通知」协作 ===
queue<int> tasks;          // 共享任务队列
mutex qmtx;                // 保护队列的锁
condition_variable cv;     // 条件变量
bool stopped = false;      // 停止标志

// 生产者：往队列放任务
void producer(int n) {
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        {
            lock_guard<mutex> lock(qmtx);
            tasks.push(i);
        }                  // 先解锁再通知，减少持锁时间
        cv.notify_one();   // 唤醒一个正在等待的消费者
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(10));
    }
}

// 消费者：取任务处理
void consumer(int id) {
    while (true) {
        unique_lock<mutex> lock(qmtx);
        // wait：阻塞并释放锁，被唤醒后重新持锁；
        // 谓词 () 防止「虚假唤醒」，只有条件真满足才继续
        cv.wait(lock, [] { return !tasks.empty() || stopped; });
        if (tasks.empty() && stopped) break;  // 队列空且收到停止信号 → 退出
        int task = tasks.front();
        tasks.pop();
        lock.unlock();     // 处理前先放锁，别占着锁做耗时操作
        cout << "消费者 " << id << " 处理任务 " << task << "\n";
    }
}

int main() {
    // --- mutex 保护共享计数器 ---
    cout << "=== mutex 保护共享数据 ===" << endl;
    thread t1(deposit, 100);
    thread t2(deposit, 200);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "最终余额: " << balance << " (应该是 300)" << endl;

// --- condition_variable 生产者-消费者 ---
    cout << "\n=== condition_variable 生产者消费者 ===" << endl;
    thread prod(producer, 5);
    thread cons1(consumer, 1);
    thread cons2(consumer, 2);

prod.join();                  // 等生产者放完任务
    {
        lock_guard<mutex> lock(qmtx);
        stopped = true;           // 持锁修改停止标志
    }
    cv.notify_all();              // 唤醒全部消费者检查退出条件
    cons1.join();
    cons2.join();

cout << "所有任务完成" << endl;
    return 0;
}

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第 5 关：线程同步：mutex 与 condition_variable

C++ · 高级 · 《C++ 高级特性》

include <iostream>
include <thread>
include <mutex>
include <condition_variable>
include <chrono>
include <queue>

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