تحسين التواصل بين الخيوط في C++ باستخدام std::condition_variable

في سياق برمجي متعدد الخيوط، تصبح التواصل بين الخيوط أمرًا ضروريًا لضمان تناغم تنفيذ البرنامج. في الكود الذي قدمته، تحتاج إلى تحقيق تبادل المعلومات بين الخيطين console_task و dialer_task دون الاعتماد على المتغيرات العامة.

لتحقيق هذا، يمكنك استخدام مفهوم الـ”Inter-Thread Communication” (التواصل بين الخيوط). يمكن استخدام العديد من الطرق لتحقيق ذلك، ولكن يمكن استخدام الـ”std::condition_variable” كأداة فعالة.

أولاً، قم بإضافة المكتبة اللازمة:

cppCopy code
#include 
#include 

ثم، قم بتعريف متغير i ومتغير mutex و condition_variable كمتغيرات عامة في نطاق البرنامج الرئيسي:

cppCopy code
int i = 0;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

الآن، قم بتعديل الكود ليصبح كالتالي:

cppCopy code
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "console.hpp"

using namespace std;

int i = 0;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

void console_task() {
    // انتظر حتى يتم تحديث i في dialer_task
    std::unique_lock lock(mtx);
    cv.wait(lock);

    // استخدم قيمة i
    console(i);
}

void dialer_task() {
    while (1) {
        // تحديث قيمة i
        {
            std::lock_guard lock(mtx);
            printf("LOOP %d\n", i);
            i++;
        }

        // إشعار console_task بتحديث قيمة i
        cv.notify_one();

        sleep(5);
    }
}

int main() {
    thread t1(console_task);
    thread t2(dialer_task);

    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

في هذا الكود، تم استخدام std::condition_variable لإشعار console_task عندما يتم تحديث قيمة i في dialer_task. تم استخدام std::unique_lock للانتظار حتى يتم تحديث i في dialer_task وتأمين std::lock_guard لتحديث i بشكل آمن.

التواصل بين الخيوط في برمجة C++ يعد جزءًا أساسيًا من تصميم التطبيقات متعددة الخيوط، حيث يسمح بالتحكم الفعّال في تنفيذ البرنامج وتبادل المعلومات بين الخيوط بطريقة آمنة. في الكود الذي قدمته، قمت بتطبيق نمط Producer-Consumer حيث يقوم dialer_task بإنتاج قيم للمتغير i و console_task يعتبر المستهلك.

لنقم بتوضيح بعض الجوانب المهمة:

1. std::mutex (القفل):

   • تم استخدام std::mutex لتأمين الوصول إلى المتغير i من قبل الخيطين. هذا يضمن أنه لا يتم الوصول إليه في نفس الوقت من قبل الخيوط المختلفة.

2. std::condition_variable (المتغير الشرطي):

   • يتيح std::condition_variable للخيوط الانتظار والإشعار بتغيير في الحالة. في هذا السياق، تستخدم لتحقيق تبادل آمن للمعلومات بين dialer_task و console_task.

3. std::unique_lock و std::lock_guard:

   • std::unique_lock تستخدم للتحكم في دورة الحياة للنفس بمرونة، وهي مفيدة في سيناريوهات تواصل معقدة. في هذا السياق، تستخدم لانتظار التغيير في المتغير i.
   • std::lock_guard تستخدم لتأمين القفل (std::mutex) بشكل تلقائي عند إنشاء الكائن. هنا، تستخدم لتأمين i أثناء تحديثه.

4. إشعار الـstd::condition_variable:

   • يتم استخدام cv.notify_one() في dialer_task لإشعار أي خيط ينتظر (std::unique_lock) على cv أن يستمر في التنفيذ بعد تحديث المتغير i.

5. تحكم بدورة التنفيذ:

   • يتم تحكم بدورة التنفيذ باستخدام std::unique_lock و cv.wait() في console_task، حيث يتم إيقاف تنفيذه حتى يتم تحديث المتغير i في dialer_task.

هذه الأدوات تعتبر ضرورية لضمان تناغم تنفيذ البرنامج متعدد الخيوط وتجنب مشاكل التنازع. تحسين الأداء وضمان الاستقرار يتطلب تصميم دقيق لتبادل المعلومات والتحكم في التنفيذ بطريقة فعّالة وآمنة.