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c++ std::barrier怎么用 c++线程同步屏障【详解】

尼克

尼克

发布时间:2026-01-11 11:05:48

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来源于php中文网

原创

std::barrier 是 C++20 引入的可重用线程同步原语,用于多线程在指定点集体等待并同步推进;构造时指定线程数,通过 arriveAndWait() 实现简洁安全的阶段性协作,支持回调且线程安全。

c++ std::barrier怎么用 c++线程同步屏障【详解】

std::barrier 是 C++20 引入的轻量级线程同步原语,用于让一组线程在某个点“汇合”并集体等待,直到所有线程都到达该点,才一起继续执行。它比 std::latch 更灵活(可重用),又比手动用 std::mutex + std::condition_variable 简洁安全。

基本用法:构造、到达、等待

创建一个 barrier 需要指定参与同步的线程总数(称为 count)。每个线程调用 arrive() 表示自己已到达;当第 count 个线程调用时,所有等待中的线程被唤醒,barrier 自动重置(C++20 默认行为)。

常用接口:

  • std::barrier(size_t expected):构造,expected 是每次同步所需的线程数
  • arrive():通知 barrier “我到了”,返回一个 arrival_token(通常不用管)
  • wait(arrival_token):阻塞当前线程,直到本批次所有线程都 arrive()
  • arriveAndWait():一步到位 —— 先 arrive()wait(),最常用

典型场景:多线程分阶段计算

比如 4 个线程各自处理一块数据,每轮处理完必须等全部就绪,才能进入下一轮(如迭代算法、模拟步进):

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// 示例:3 轮同步,每轮 4 个线程协作

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std::barrier b{4};
std::vector threads;
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    threads.emplace_back([&b, i] {
        for (int round = 0; round < 3; ++round) {
            // 各自做工作(如计算、IO)
            do_work(i, round);
            // 等所有人完成本轮
            b.arriveAndWait(); // ✅ 关键同步点
        }
    });
}
for (auto& t : threads) t.join();

注意生命周期与线程安全

barrier 对象必须在线程调用 arrive()wait() 期间持续有效。不能在还有线程阻塞时就析构它,否则行为未定义。

它本身是线程安全的:多个线程可同时调用 arriveAndWait(),无需额外加锁。

如果需要在 barrier 触发时执行回调(例如记录日志、更新状态),可用带回调的构造函数:

std::barrier b{4, []{ std::cout << "All arrived, starting next phase.\n"; }};

和 std::latch 的区别

std::latch 是一次性门闩(count 只减不重置),适合“等全部初始化完成”这类单次等待;std::barrier 支持重复使用,适合循环/多阶段协作。两者都不支持“取消等待”或“超时”,如需这些能力,仍得回退到 condition_variable。

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