latch是一次性同步工具，用于等待计数归零后释放所有线程，适用于单次等待场景；barrier支持重复使用，允许多轮同步，适合周期性或分阶段的并行任务。
在C++20中，latch 和 barrier 是新增的两种同步原语，用于简化多线程编程中的等待逻辑。它们都属于“栅栏”类同步机制，但用途和行为有所不同。
什么是 latch？
latch（闩锁）是一种一次性使用的同步工具，允许一个或多个线程等待，直到某个计数器递减到零。一旦计数归零，所有等待的线程被释放，且 latch 不可重用。
主要操作包括：
- count_down(n)：将内部计数减少 n。
- wait()：阻塞当前线程，直到计数变为 0。
- arrive_and_wait()：等价于 count_down(1) 后调用 wait()。
- try_wait()：非阻塞检查是否已到达终点。
常见使用场景是主线程启动多个工作线程后，等待它们全部完成。
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// 示例：使用 std::latch 等待所有线程完成
include <thread>
include <vector>
include <latch>
include <iostream>
void worker(int id, std::latch& latch) {
std::cout << "Worker " << id << " is working...\n";
// 模拟工作
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100 * (id + 1)));
latch.count_down(1); // 完成任务，计数减一
}
int main() {
const int N = 3;
std::latch latch(N);
std::vector<std::thread> workers;
for (int i = 0; i < N; ++i) {
workers.emplace_back(worker, i, std::ref(latch));
}
latch.wait(); // 主线程等待所有 worker 完成
std::cout << "All workers done!\n";
for (auto& w : workers) w.join();
return 0;
}
什么是 barrier？
barrier（屏障）支持重复使用，允许多个线程在某个点汇合。当指定数量的线程调用 arrive() 或 arrive_and_wait() 后，所有线程被同时释放，并可重新开始下一轮同步。
与 latch 不同的是，barrier 可以循环使用，适合周期性同步场景，比如多阶段并行算法。
关键操作：
- arrive()：通知已到达，可能触发 completion 钩子函数。
- arrive_and_wait()：到达并等待其他线程。
completion 函数会在每次所有线程会合后执行一次，通常用于重置状态或切换阶段。
// 示例：使用 std::barrier 实现两阶段并行任务
include <thread>
include <vector>
include <barrier>
include <iostream>
include <chrono>
void stage_worker(int id, std::barrier<>& phase_barrier) {
// 第一阶段
std::cout << "Worker " << id << " finishing stage 1\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
phase_barrier.arrive_and_wait(); // 等待所有线程完成第一阶段
// 第二阶段
std::cout << "Worker " << id << " finishing stage 2\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
phase_barrier.arrive_and_wait(); // 等待第二阶段完成
}
int main() {
const int N = 3;
std::barrier<> barrier(N);
std::vector<std::thread> workers;
for (int i = 0; i < N; ++i) {
workers.emplace_back(stage_worker, i, std::ref(barrier));
}
for (auto& w : workers) w.join();
std::cout << "All phases completed.\n";
return 0;
}
latch vs barrier 使用建议
选择哪种同步机制取决于你的需求：
- 如果只需要一次等待（如启动或结束），用 latch 更合适，语义清晰，性能略优。
- 如果需要多次同步（如迭代计算、分阶段处理），应使用 barrier，它天然支持重复使用。
- latch 不支持回调，而 barrier 允许你注册 completion 函数，在每轮同步完成后做一些清理或调度工作。
注意：两者都不是锁，不保护共享数据，仅用于控制线程执行顺序。
基本上就这些。C++20 的 latch 和 barrier 让常见的并发模式变得更简洁安全，减少了手写条件变量和互斥量的复杂度。
