并发编程

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1 并发编程基础概念 #

mindmap
    id1[并发编程基础概念]
        id1-1[并发与并行]
        id1-2[并发定义与并行区别]
        id1-3[多线程与多进程比较]
        id1-4[并发编程的优势与挑战]
        id1-5[并发编程的应用场景]
        id1-6[线程基础]
        id1-7[线程生命周期]
        id1-8[线程创建与销毁]
        id1-9[线程调度策略]
        id1-10[线程优先级管理]
        id1-11[并发模型]
        id1-12[共享内存模型]
        id1-13[消息传递模型]
        id1-14[Actor模型]
        id1-15[数据并行模型]
并发与并行
并发定义与并行区别
多线程与多进程比较
并发编程的优势与挑战
并发编程的应用场景
线程基础
线程生命周期
线程创建与销毁
线程调度策略
线程优先级管理
并发模型
共享内存模型
消息传递模型
Actor模型
数据并行模型

2 C++标准线程库 #

std::thread类
线程创建与管理
线程参数传递
线程标识与操作
线程分离与连接
线程同步机制
std::mutex互斥锁
std::lock_guard自动锁
std::unique_lock灵活锁
std::scoped_lock范围锁
条件变量
std::condition_variable
等待与通知机制
虚假唤醒处理
条件变量使用模式
mindmap
    id2[C++标准线程库]
        id2-1[std::thread类]
        id2-2[线程创建与管理]
        id2-3[线程参数传递]
        id2-4[线程标识与操作]
        id2-5[线程分离与连接]
        id2-6[线程同步机制]
        id2-7[std::mutex互斥锁]
        id2-8[std::lock_guard自动锁]
        id2-9[std::unique_lock灵活锁]
        id2-10[std::scoped_lock范围锁]
        id2-11[条件变量]
        id2-12[std::condition_variable]
        id2-13[等待与通知机制]
        id2-14[虚假唤醒处理]
        id2-15[条件变量使用模式]

3 原子操作与内存模型 #

mindmap
    id3[原子操作与内存模型]
        id3-1[原子类型]
        id3-2[std::atomic模板类]
        id3-3[原子整数操作]
        id3-4[原子指针操作]
        id3-5[原子标志操作]
        id3-6[内存顺序]
        id3-7[顺序一致性]
        id3-8[获取-释放语义]
        id3-9[松散顺序]
        id3-10[内存屏障]
        id3-11[无锁编程]
        id3-12[CAS操作原理]
        id3-13[无锁数据结构]
        id3-14[ABA问题及解决方案]
        id3-15[无锁编程最佳实践]
原子类型
std::atomic模板类
原子整数操作
原子指针操作
原子标志操作
内存顺序
顺序一致性
获取-释放语义
松散顺序
内存屏障
无锁编程
CAS操作原理
无锁数据结构
ABA问题及解决方案
无锁编程最佳实践

4 高级同步原语 #

读写锁
std::shared_mutex
读写锁使用场景
读写锁性能分析
读写锁死锁预防
信号量
计数信号量
进制信号量
信号量实现原理
信号量应用模式
屏障与门闩
std::barrier
std::latch
同步点协调
并行任务同步
mindmap
    id4[高级同步原语]
        id4-1[读写锁]
        id4-2[std::shared_mutex]
        id4-3[读写锁使用场景]
        id4-4[读写锁性能分析]
        id4-5[读写锁死锁预防]
        id4-6[信号量]
        id4-7[计数信号量]
        id4-8[进制信号量]
        id4-9[信号量实现原理]
        id4-10[信号量应用模式]
        id4-11[屏障与门闩]
        id4-12[std::barrier]
        id4-13[std::latch]
        id4-14[同步点协调]
        id4-15[并行任务同步]

5 异步编程 #

mindmap
    id5[异步编程]
        id5-1[std::future与std::promise]
        id5-2[异步结果获取]
        id5-3[异常传播机制]
        id5-4[future共享状态]
        id5-5[promise值设置]
        id5-6[std::async函数]
        id5-7[异步任务启动]
        id5-8[启动策略选择]
        id5-9[异步任务取消]
        id5-10[资源管理考虑]
        id5-11[std::packaged_task]
        id5-12[可调用对象包装]
        id5-13[任务结果管理]
        id5-14[任务队列集成]
        id5-15[异常安全处理]
std::future与std::promise
异步结果获取
异常传播机制
future共享状态
promise值设置
std::async函数
异步任务启动
启动策略选择
异步任务取消
资源管理考虑
std::packaged_task
可调用对象包装
任务结果管理
任务队列集成
异常安全处理

6 并发数据结构 #

线程安全容器
std::atomic容器
并发队列实现
并发哈希表
并发链表结构
无锁容器
无锁队列设计
无锁栈实现
无锁哈希表
内存回收策略
性能优化
缓存友好设计
伪共享避免
数据局部性优化
并发性能测试
mindmap
    id6[并发数据结构]
        id6-1[线程安全容器]
        id6-2[std::atomic容器]
        id6-3[并发队列实现]
        id6-4[并发哈希表]
        id6-5[并发链表结构]
        id6-6[无锁容器]
        id6-7[无锁队列设计]
        id6-8[无锁栈实现]
        id6-9[无锁哈希表]
        id6-10[内存回收策略]
        id6-11[性能优化]
        id6-12[缓存友好设计]
        id6-13[伪共享避免]
        id6-14[数据局部性优化]
        id6-15[并发性能测试]

7 并行算法 #

mindmap
    id7[并行算法]
        id7-1[标准并行算法]
        id7-2[std::execution策略]
        id7-3[并行for_each]
        id7-4[并行transform]
        id7-5[并行reduce]
        id7-6[任务并行]
        id7-7[任务分解策略]
        id7-8[工作窃取算法]
        id7-9[负载均衡技术]
        id7-10[任务依赖管理]
        id7-11[数据并行]
        id7-12[SIMD指令使用]
        id7-13[向量化优化]
        id7-14[数据分块策略]
        id7-15[并行模式选择]
标准并行算法
std::execution策略
并行for_each
并行transform
并行reduce
任务并行
任务分解策略
工作窃取算法
负载均衡技术
任务依赖管理
数据并行
SIMD指令使用
向量化优化
数据分块策略
并行模式选择

8 并发设计模式 #

生产者-消费者模式
有界缓冲区
无界缓冲区
多生产者多消费者
流量控制机制
读者-写者模式
读写锁应用
优先级策略
饥饿问题解决
性能调优技巧
主从模式
任务分发机制
结果收集策略
容错处理
动态扩展支持
mindmap
    id8[并发设计模式]
        id8-1[生产者-消费者模式]
        id8-2[有界缓冲区]
        id8-3[无界缓冲区]
        id8-4[多生产者多消费者]
        id8-5[流量控制机制]
        id8-6[读者-写者模式]
        id8-7[读写锁应用]
        id8-8[优先级策略]
        id8-9[饥饿问题解决]
        id8-10[性能调优技巧]
        id8-11[主从模式]
        id8-12[任务分发机制]
        id8-13[结果收集策略]
        id8-14[容错处理]
        id8-15[动态扩展支持]

9 并发调试与测试 #

mindmap
    id9[并发调试与测试]
        id9-1[并发bug类型]
        id9-2[数据竞争]
        id9-3[死锁检测]
        id9-4[活锁问题]
        id9-5[资源竞争]
        id9-6[调试工具]
        id9-7[线程分析器]
        id9-8[竞态检测工具]
        id9-9[性能剖析器]
        id9-10[内存调试工具]
        id9-11[测试策略]
        id9-12[单元测试框架]
        id9-13[压力测试方法]
        id9-14[竞态条件测试]
        id9-15[性能基准测试]
并发bug类型
数据竞争
死锁检测
活锁问题
资源竞争
调试工具
线程分析器
竞态检测工具
性能剖析器
内存调试工具
测试策略
单元测试框架
压力测试方法
竞态条件测试
性能基准测试

10 性能优化与调优 #

性能分析
瓶颈识别方法
并发度优化
锁粒度调整
缓存优化策略
资源管理
线程池设计
内存分配优化
I/O操作优化
系统资源限制
最佳实践
代码组织原则
错误处理策略
可维护性考虑
跨平台兼容性
mindmap
    id10[性能优化与调优]
        id10-1[性能分析]
        id10-2[瓶颈识别方法]
        id10-3[并发度优化]
        id10-4[锁粒度调整]
        id10-5[缓存优化策略]
        id10-6[资源管理]
        id10-7[线程池设计]
        id10-8[内存分配优化]
        id10-9[I/O操作优化]
        id10-10[系统资源限制]
        id10-11[最佳实践]
        id10-12[代码组织原则]
        id10-13[错误处理策略]
        id10-14[可维护性考虑]
        id10-15[跨平台兼容性]

11 现代C++并发特性 #

mindmap
    id11[现代C++并发特性]
        id11-1[C++17新特性]
        id11-2[并行算法库]
        id11-3[共享互斥量]
        id11-4[结构化绑定]
        id11-5[改进的线程支持]
        id11-6[C++20新特性]
        id11-7[协程支持]
        id11-8[范围库并发]
        id11-9[改进的原子操作]
        id11-10[新的同步原语]
        id11-11[未来发展方向]
        id11-12[执行器概念]
        id11-13[网络库并发]
        id11-14[异构计算支持]
        id11-15[标准库演进路线]
C++17新特性
并行算法库
共享互斥量
结构化绑定
改进的线程支持
C++20新特性
协程支持
范围库并发
改进的原子操作
新的同步原语
未来发展方向
执行器概念
网络库并发
异构计算支持
标准库演进路线

12 实际应用案例 #

服务器开发
网络I/O模型
连接池管理
请求处理流水线
高并发架构设计
游戏开发
游戏循环优化
物理引擎并行
AI系统并发
渲染管线并行
科学计算
矩阵运算并行
数值积分并发
蒙特卡洛模拟
大数据处理
mindmap
    id12[实际应用案例]
        id12-1[服务器开发]
        id12-2[网络I/O模型]
        id12-3[连接池管理]
        id12-4[请求处理流水线]
        id12-5[高并发架构设计]
        id12-6[游戏开发]
        id12-7[游戏循环优化]
        id12-8[物理引擎并行]
        id12-9[AI系统并发]
        id12-10[渲染管线并行]
        id12-11[科学计算]
        id12-12[矩阵运算并行]
        id12-13[数值积分并发]
        id12-14[蒙特卡洛模拟]
        id12-15[大数据处理]