C++多线程编程入门（从零开始掌握C++并发算法与线程安全）

什么是多线程？

简单来说，线程是程序执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程，它们共享同一块内存空间，但各自独立运行。多线程允许程序“同时”执行多个任务，从而提高效率。

C++11中的线程支持

自C++11标准起，C++原生支持多线程编程，无需依赖第三方库。核心头文件是 <thread>，它提供了 std::thread 类来创建和管理线程。

第一个多线程程序

下面是一个简单的例子，展示如何创建两个线程并行打印信息：

#include <iostream>#include <thread>#include <chrono>void print_task(int id) {    for (int i = 0; i < 3; ++i) {        std::cout << "线程 " << id << " 执行第 " << i + 1 << " 次\n";        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));    }}int main() {    std::thread t1(print_task, 1);    std::thread t2(print_task, 2);    t1.join();  // 等待线程 t1 完成    t2.join();  // 等待线程 t2 完成    std::cout << "所有线程执行完毕！\n";    return 0;}

注意：join() 方法会阻塞主线程，直到对应子线程执行完毕。这是确保主线程不会提前结束的重要步骤。

线程安全与同步机制

当多个线程同时访问共享资源（如全局变量）时，若不加控制，可能导致数据混乱，这就是C++线程安全问题。解决方法包括使用互斥锁（mutex）、原子操作等。

使用互斥锁保护共享数据

以下示例演示如何用 std::mutex 防止多个线程同时修改计数器：

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>int counter = 0;std::mutex mtx;  // 互斥锁void increment() {    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {        mtx.lock();        ++counter;        mtx.unlock();    }}// 更推荐使用 lock_guard 自动管理锁void safe_increment() {    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);        ++counter;    }}int main() {    std::thread t1(safe_increment);    std::thread t2(safe_increment);    t1.join();    t2.join();    std::cout << "最终计数器值: " << counter << std::endl;    return 0;}

使用 std::lock_guard 可以自动在作用域结束时释放锁，避免因异常或忘记解锁导致死锁。

常见陷阱与最佳实践

• 避免死锁：不要在持有锁的情况下尝试获取另一个可能被其他线程持有的锁。
• 尽量减少锁的粒度：只在真正需要同步的代码段加锁。
• 优先使用 RAII（如 lock_guard、unique_lock）管理资源。
• 对简单整型操作，可考虑使用 std::atomic 提升性能。

总结

通过本教程，你已经了解了 C++多线程编程 的基本概念、如何创建线程、以及如何使用 多线程同步机制 保证 C++线程安全。掌握这些知识后，你可以进一步学习条件变量、future/promise、线程池等高级主题，构建更强大的 C++并发算法。

动手实践是掌握多线程的关键！尝试修改上面的代码，观察不同同步方式的效果吧。