Úvod do std::latch v C++

V moderním programování je paralelismus a synchronizace klíčovým aspektem pro efektivní využití vícevláknových aplikací. S příchodem standardu C++20 byla do jazyka přidána řada užitečných nástrojů pro práci s více vlákny. Jedním z těchto nástrojů je synchronizační primitivum std::latch. Tento článek vám představí, co je std::latch, jak funguje a jak jej můžete využít ve svých projektech.

---

Co je std::latch?

std::latch je synchronizační mechanismus, který umožňuje vláknu čekat, dokud určitý počet událostí není dokončen. Na rozdíl od jiných synchronizačních primitiv, jako je například std::barrier, je std::latch jednorázový – jakmile je dosaženo nulového počtu, nelze jej znovu použít.

Hlavní vlastnosti std::latch:

• Jednorázový mechanismus: Po dosažení nulového počtu nelze std::latch resetovat.
• Počítání událostí: Umožňuje snížit interní čítač o jednu jednotku při každém zavolání metody count_down.
• Blokování vláken: Vlákna mohou čekat na dosažení nulového počtu pomocí metody wait.

---

Jak std::latch funguje?

Při vytvoření instance std::latch je inicializován čítač s určitou hodnotou. Tato hodnota reprezentuje počet událostí, které musí být dokončeny, aby se vlákna mohla odblokovat. Každé zavolání metody count_down sníží čítač o 1. Jakmile čítač dosáhne nuly, všechna čekající vlákna se odblokují.

---

Příklad použití

Níže je ukázkový příklad, jak lze std::latch použít pro synchronizaci vláken:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <latch>
#include <vector>

void worker(std::latch& latch, int id) {
    std::cout << "Vlákno " << id << " pracuje...\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // Simulace práce
    std::cout << "Vlákno " << id << " dokončilo práci.\n";
    latch.count_down(); // Snížení čítače
}

int main() {
    const int num_threads = 5;
    std::latch latch(num_threads); // Inicializace latch s počtem vláken

    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
        threads.emplace_back(worker, std::ref(latch), i);
    }

    latch.wait(); // Čekání na dokončení všech vláken
    std::cout << "Všechna vlákna dokončila práci.\n";

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    return 0;
}

---

Vysvětlení kódu

1. Inicializace std::latch: Vytvoříme std::latch s počáteční hodnotou odpovídající počtu vláken.
2. Práce vláken: Každé vlákno provede svou práci a poté zavolá count_down, čímž sníží čítač.
3. Čekání na dokončení: Hlavní vlákno zavolá wait, aby počkalo, dokud čítač nedosáhne nuly.
4. Dokončení: Jakmile všechna vlákna dokončí práci, hlavní vlákno pokračuje.

---

Kdy použít std::latch?

std::latch je užitečný v situacích, kdy potřebujete zajistit, že určitý počet úkolů nebo vláken dokončí svou práci předtím, než bude pokračovat další část programu. Typické scénáře zahrnují:

• Inicializaci více vláken před spuštěním hlavní logiky.
• Synchronizaci mezi různými částmi programu, které musí být dokončeny v určitém pořadí.

---

Závěr

std::latch je jednoduchý, ale mocný nástroj pro synchronizaci vláken v C++. Díky jeho přehlednému API a podpoře v moderním standardu C++20 je ideální volbou pro jednorázové synchronizační úkoly. Pokud pracujete na vícevláknových aplikacích, určitě stojí za to se s tímto nástrojem seznámit a začlenit jej do svých projektů.