c++中的std::latch和std::barrier_c++20线程同步新工具

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c++中的std::latch和std::barrier_c++20线程同步新工具

2025-12-16

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std::latch用于一次性线程同步，如主线程等待多线程完成；std::barrier支持重复使用，适用于多阶段并行计算的周期性同步，两者均提升C++20并发编程的简洁性与安全性。

c++中的std::latch和std::barrier_c++20线程同步新工具

在C++20中，std::latch 和 std::barrier 是两个新增的线程同步工具，它们用于协调多个线程之间的执行时机。相比传统的互斥锁和条件变量，它们更轻量、语义更清晰，特别适合用于“等待一组线程完成”或“阶段性同步”的场景。

std::latch：一次性倒计时门闩

std::latch 是一个一次性使用的同步机制，它维护一个内部计数器，初始值由构造函数指定。多个线程可以调用 count_down() 来减少计数，而其他线程可以调用 wait() 或 arrive_and_wait() 来阻塞，直到计数归零。

关键特性：

只能使用一次，一旦计数归零，所有等待线程被释放，之后不能再重置。
常用于主线程等待多个工作线程完成任务的场景。
支持 try_wait() 和带超时的等待，增加灵活性。

示例：主线程启动5个线程，等待它们全部完成。

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#include <thread>
#include <vector>
#include <latch>
#include <iostream>

void worker(std::latch& latch) {
    std::cout << "线程 " << std::this_thread::get_id() 
              << " 完成工作\n";
    latch.count_down();
}

int main() {
    std::latch latch(5);
    std::vector<std::thread> threads;

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        threads.emplace_back(worker, std::ref(latch));
    }

    latch.wait(); // 等待5个线程都调用 count_down()
    std::cout << "所有线程已完成。\n";

    for (auto& t : threads) t.join();
}

std::barrier：可重复使用的屏障

std::barrier 与 latch 类似，但它支持重复使用。每当累计有 N 个线程到达屏障点（调用 arrive_and_wait()），所有线程被释放，并自动重置状态，可用于下一轮同步。

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适用场景：

多阶段并行计算，如迭代算法中的每轮同步。
需要周期性等待所有线程汇合的情况。
支持在最后一个到达的线程上执行“阶段完成”回调函数（通过构造时传入）。

示例：4个线程进行两轮并行任务，每轮结束后同步。

#include <thread>
#include <barrier>
#include <iostream>

void stage_worker(int id, std::barrier<>& phase) {
    std::cout << "线程 " << id << " 完成第一阶段\n";
    phase.arrive_and_wait();

    std::cout << "线程 " << id << " 完成第二阶段\n";
    phase.arrive_and_wait();
}

int main() {
    std::barrier barrier(4); // 需要4个线程同步

    std::thread t1(stage_worker, 1, std::ref(barrier));
    std::thread t2(stage_worker, 2, std::ref(barrier));
    std::thread t3(stage_worker, 3, std::ref(barrier));
    std::thread t4(stage_worker, 4, std::ref(barrier));

    t1.join(); t2.join(); t3.join(); t4.join();
}