0

0

c++中的std::barrier和std::latch如何同步线程? (C++20并发原语)

尼克

尼克

发布时间:2026-01-16 12:36:10

|

936人浏览过

|

来源于php中文网

原创

std::barrier通过arrive_and_wait()实现多线程集体等待,达阈值后全部唤醒并自动重置;std::latch为一次性计数器,count_down()归零后wait()立即返回,不可重用。

c++中的std::barrier和std::latch如何同步线程? (c++20并发原语)

std::barrier 怎么让多个线程在某个点集体等待?

std::barrier 是一个可重用的同步点,所有参与线程调用 arrive_and_wait() 后会阻塞,直到指定数量的线程都到达,然后全部同时被唤醒。它适合循环中反复使用的场景,比如并行计算的每一轮迭代同步。

  • 构造时必须传入参与线程数(std::barrier<T> b{N}),这个 N 是“到达阈值”,不是线程对象数,需确保恰好有 Narrive_and_wait() 调用
  • 每次唤醒后状态自动重置,下一轮可继续用,无需重建
  • 可选提供回调函数std::barrier<T> b{N, []{ /* 仅在最后一人到达时执行一次 */ }};),该回调在最后一个线程到达、但所有线程尚未被唤醒前执行,常用于聚合结果或刷新共享状态
  • 若某线程提前退出(如抛异常),未调用 arrive_and_wait(),则其余线程永久阻塞 —— 这是常见死锁源头
std::barrier b{3};
std::vector<std::thread> ts;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
    ts.emplace_back([&b]{
        // 各自做些事
        std::this_thread::sleep_for(100ms * (i+1));
        b.arrive_and_wait(); // 全部到这里等齐才继续
        // 继续后续操作
    });
}
for (auto& t : ts) t.join();

std::latch 为什么只能用一次?

std::latch 是一次性计数器,初始值为 N,每次调用 count_down() 减一,当值归零时所有等待线程立即被唤醒;之后再调用 wait() 会立刻返回,count_down() 也无效果。它适合“等待 N 个前置任务完成”的单次协调场景,比如启动阶段初始化依赖。

  • 不能重置,也不能获取当前计数值(没有 get_count())—— 设计上就是“只降不升、只用一次”
  • 线程可调用 count_down() 多次,只要总减量 ≥ 初始值,就足以触发释放;但通常每个参与者只调一次
  • 如果某个线程忘记调用 count_down(),其他调了 wait() 的线程就会永远卡住 —— 和 barrier 类似,漏调 = 死锁
  • 相比 std::condition_variable + std::mutex 手动实现,latch 更轻量、无锁路径优化更好,且语义更清晰
std::latch l{2};
std::thread t1([&l]{ do_work(); l.count_down(); });
std::thread t2([&l]{ do_work(); l.count_down(); });
<p>l.wait(); // 主线程等两个子任务都完成
t1.join(); t2.join();

barrier 和 latch 在异常或提前退出时怎么保安全?

两者都不处理线程中途崩溃或异常退出。一旦有线程没走到 arrive_and_wait()count_down() 就退出,剩余线程必然死锁。没有内置的“超时取消”或“自动恢复”机制。

  • 必须确保每个路径(包括异常分支)都调用对应同步操作:建议用 RAII 包装,例如写个 barrier_arriverlatch_counter 类,在析构里调用 count_down()
  • std::barrier::arrive() 是非阻塞版本,返回一个 std::barrier<T>::arrival_token,可用于延迟 wait(),但极少用;日常应坚持用 arrive_and_wait() 简化逻辑
  • 不要混用:比如用 latch 做多轮同步,或用 barrier 替代一次性等待 —— 语义错位容易引发维护困惑和误用
  • 它们都不涉及内存序控制,对共享数据的读写仍需额外同步(如 std::atomic 或互斥量),barrier 的回调里修改变量,其它线程在 arrive_and_wait() 返回后才能安全读

什么时候该选 barrier,什么时候选 latch?

看同步模式是否需要“重复使用”和“是否允许部分线程跳过”。简单记:要循环等齐用 barrier,只等一次完成用 latch

PaperFake
PaperFake

AI写论文

下载

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 并行排序的每轮分区后同步 → barrier
  • 主线程等待日志模块、网络模块、配置加载三个初始化完成 → latch{3}
  • 一个线程负责收集多个异步任务结果,但只关心“是否全到”,不关心谁先谁后 → latch 更合适
  • 多个工作线程协作处理分片数据,每轮迭代都要等彼此算完再合并 → barrier,且可用回调做合并

实际项目里,latch 使用频率略高,因为很多初始化/启动/关闭流程天然是一次性的;而 barrier 更多出现在高性能计算或自定义并行算法中。两者底层都基于 futex 或类似内核原语,性能远优于手写条件变量,但用错场景反而更难调试。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

WorkBuddy
WorkBuddy

腾讯云推出的AI原生桌面智能体工作台

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

766

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

377

2025.12.24

java多线程相关教程合集
java多线程相关教程合集

本专题整合了java多线程相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

32

2026.01.21

C++多线程相关合集
C++多线程相关合集

本专题整合了C++多线程相关教程,阅读专题下面的的文章了解更多详细内容。

30

2026.01.21

C# 多线程与异步编程
C# 多线程与异步编程

本专题深入讲解 C# 中多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括线程池管理、Task 类的使用、async/await 异步编程模式、并发控制与线程同步、死锁与竞态条件的解决方案。通过实际项目,帮助开发者掌握 如何在 C# 中构建高并发、低延迟的异步系统,提升应用性能和响应速度。

103

2026.02.06

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

377

2025.12.24

java多线程相关教程合集
java多线程相关教程合集

本专题整合了java多线程相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

32

2026.01.21

C++多线程相关合集
C++多线程相关合集

本专题整合了C++多线程相关教程,阅读专题下面的的文章了解更多详细内容。

30

2026.01.21

TypeScript类型系统进阶与大型前端项目实践
TypeScript类型系统进阶与大型前端项目实践

本专题围绕 TypeScript 在大型前端项目中的应用展开,深入讲解类型系统设计与工程化开发方法。内容包括泛型与高级类型、类型推断机制、声明文件编写、模块化结构设计以及代码规范管理。通过真实项目案例分析,帮助开发者构建类型安全、结构清晰、易维护的前端工程体系,提高团队协作效率与代码质量。

26

2026.03.13

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
PHP进阶篇-函数(玉女心经版)
PHP进阶篇-函数(玉女心经版)

共12课时 | 1.8万人学习

最好理解的Promise教程
最好理解的Promise教程

共10课时 | 1.0万人学习

10分钟--Midjourney创作自己的漫画
10分钟--Midjourney创作自己的漫画

共1课时 | 0.1万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号