C++ 并发编程 常考面试题总结

1. 如何使用std::mutex实现线程同步？

1. 核心机制：std::mutex是互斥锁，用于保护临界区，保证同一时间只有一个线程执行临界区代码。
2. 使用方式：直接使用lock()/unlock()：需手动加锁解锁，易因异常导致死锁；推荐使用RAII包装器：std::lock_guard（自动加锁解锁，作用域结束自动释放）、std::unique_lock（支持延迟加锁、解锁、超时等待）。
3. 代码：

#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;
int shared_data = 0;

void increment() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动加锁
    shared_data++;
} // 作用域结束，自动解锁

2. 如何避免死锁？举例说明一种策略

1. 死锁产生条件：互斥、请求与保持、不剥夺、循环等待，破坏任一条件即可避免。
2. 常见策略：按固定顺序加锁：所有线程按相同顺序获取锁，避免循环等待；超时加锁：使用std::unique_lock的try_lock_for()/try_lock_until()，超时后放弃并释放已持有的锁；避免嵌套锁：同一线程不重复获取同一锁；一次性获取所有锁：使用std::lock()同时获取多个锁，避免部分持有。
3. （按固定顺序加锁）：线程A和线程B都先锁mtx1再锁mtx2，避免循环等待。

3. 解释std::future和std::promise的用法

1. 核心作用：实现线程间的异步结果传递，std::promise用于设置值，std::future用于获取值。
2. 使用流程：线程A创建std::promise<T>，通过get_future()获取std::future<T>；线程A将std::promise<T>传递给线程B，线程B执行任务后调用set_value()设置结果；线程A通过std::future<T>的get()/wait()获取或等待结果。
3. 代码：

#include <future>
#include <thread>

void task(std::promise<int>& p) {
    p.set_value(42); // 设置结果
}

int main() {
    std::promise<int> p;
    std::future<int> f = p.get_future();
    std::thread t(task, std::ref(p));
    int res = f.get(); // 获取结果
    t.join();
    return 0;
}

4. 如何实现线程池？

1. 核心组件：线程队列：固定数量的工作线程，持续等待任务；任务队列：存储待执行的任务（函数对象/std::function）；同步机制：互斥锁+条件变量，实现任务队列的线程安全和线程唤醒。
2. 实现流程：初始化时创建N个工作线程，线程函数中循环等待任务；提交任务时，将任务加入队列，通过条件变量唤醒空闲线程；线程从队列中取出任务执行，执行完继续等待新任务；销毁时，设置终止标志，唤醒所有线程，等待线程结束。
3. 关键特性：任务队列线程安全、线程复用、支持任务优先级（可选）。

5. std::atomic在C++11中如何实现原子操作？

1. 核心原理：基于CPU提供的原子指令（如lock前缀、CAS指令），保证操作在CPU层面不可分割，避免多线程竞态条件。
2. 实现方式：对内置类型（int、指针等）提供原子封装，支持load()/store()/fetch_add()等原子操作；支持内存序（std::memory_order），控制操作的可见性和重排序；无锁操作，无线程切换开销，性能高于互斥锁。
3. ：std::atomic<int> count = 0; count++;（原子自增，无需加锁）。

6. 解释什