C++ 并发与多线程专题

C++ 后端/客户端面试的第二部分经常考多线程：std::thread、mutex、condition_variable、atomic、数据竞争、死锁。C++ 本身不考操作系统底层那么深，重点在「使用正确 + 原理」。

一、核心概念

• 线程与进程：进程是资源分配单位、线程是调度单位；同进程线程共享地址空间（堆/全局），各自独立栈。
• 数据竞争（data race）：两个及以上线程同时访问同一内存，至少一个在写且未同步 → UB。
• 竞态条件（race condition）：执行结果依赖交错顺序，即使无数据竞争也不一定正确。

二、常用同步工具

工具	用途
std::mutex / lock_guard / unique_lock	互斥，RAII 自动解锁
std::atomic<T>	原子变量（lock-free for 常用整数）、内存序
std::condition_variable	条件等待 / 通知
std::future / std::promise	一次性返回值通道
std::async	异步任务
std::thread / jthread(C++20)	线程，join 管理
shared_mutex（C++17）	读写锁
call_once	只执行一次

三、高频自测

1. 多线程加锁怎么写？lock_guard vs unique_lock？
2. 什么是死锁？四个必要条件 + 如何避免？
3. 条件变量怎么用？为什么必须配合锁？虚假唤醒？
4. 手写「线程安全单例」（双重检查 + 内存序 / call_once / 局部 static）。
5. std::atomic 的内存序（seq_cst / acquire / release）？
6. volatile 与 atomic 的关系？
7. 生产者-消费者模型实现？
8. 数据竞争如何用工具检测（TSan）？

子文档

文件	内容
hpc-intro.md	HPC 并发总览（线程数/Amdahl/避免争用）
threads-basics.md	线程、mutex、条件变量、生产者消费者
atomic-memoryorder.md	atomic 与内存序、volatile 对比
deadlock-singleton.md	死锁、单例、锁的选择
thread-pool.md	线程池（含工作窃取、手写）
lockfree.md	无锁编程（CAS/ABA/hazard）
lock-optimize.md	锁优化、假共享、自旋 vs 互斥、读写锁
parallel-algo.md	并行算法、分治、任务图/流水线
coroutine.md	C++20 协程 co_await/机制