モダン第5章：【C++11/14】標準マルチスレッドと並行処理

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <mutex>
#include <atomic>

// 1. ミューテックスによる排他制御
int g_mutexCounter = 0;
std::mutex g_mtx;

void incrementWithMutex(int count) {
    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mtx); // RAIIロック
        g_mutexCounter++;
    }
}

// 2. std::atomic によるロックフリー原子的加算（CPU命令レベルの排他）
std::atomic<int> g_atomicCounter(0);

void incrementWithAtomic(int count) {
    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        g_atomicCounter.fetch_add(1); // または単に g_atomicCounter++
    }
}

int main() {
    const int THREAD_COUNT = 4;
    const int ITERATIONS = 10000;

    std::cout << "=== 1. std::mutex による並行処理 ===" << std::endl;
    std::vector<std::thread> threads1;
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i) {
        threads1.push_back(std::thread(incrementWithMutex, ITERATIONS));
    }
    for (size_t i = 0; i < threads1.size(); ++i) {
        threads1[i].join(); // 全スレッド終了待機
    }
    std::cout << "Mutex結果: " << g_mutexCounter << " (期待値: " << (THREAD_COUNT * ITERATIONS) << ")" << std::endl;

    std::cout << "\n=== 2. std::atomic によるロックフリー処理 ===" << std::endl;
    std::vector<std::thread> threads2;
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i) {
        threads2.push_back(std::thread(incrementWithAtomic, ITERATIONS));
    }
    for (size_t i = 0; i < threads2.size(); ++i) {
        threads2[i].join();
    }
    std::cout << "Atomic結果: " << g_atomicCounter.load() << " (期待値: " << (THREAD_COUNT * ITERATIONS) << ")" << std::endl;

    return 0;
}

• C++11標準スレッドの恩恵: OS依存コードを完全に排除し、std::thread とラムダ式で型安全・ポータブルな並行処理を実現する。
• データ競合は未定義動作: 複数スレッドが同期なしで共有変数を書き換えるとメモリが破損する。必ず mutex か atomic を介さねばならない。
• RAIIロックの徹底: 生 mutex.lock() は使わず、常に std::lock_guard または std::unique_lock を使用して例外発生時のアンロック漏れを防ぐ。
• std::atomic の威力: 単一整数のインクリメントやフラグ更新には、OSのコンテキストスイッチを伴わないロックフリー原子的操作（std::atomic）が最速。

• 1. 裏で勝手にスレッドが終了するまで静かに待機する
• 2. std::terminate() が強制的に呼び出され、プログラム全体が即座に異常終了（クラッシュ）する
• 3. コンパイルエラーになる
• 4. スレッドが自動的に detach されてOSに引き渡される

• 1. ロックの処理速度が10倍速くなるため
• 2. スコープを抜けた際や途中で例外がスローされた場合でも、デストラクタにより確実に unlock() が呼び出されデッドロックを防ぐため
• 3. 複数のミューテックスを1つの変数で同時に操作できるため
• 4. メモリ使用量がゼロになるため

• 1. atomic を使うとカウンタが無限大まで扱えるようになるため
• 2. OSのカーネル呼び出しやスレッド休止（コンテキストスイッチ）を伴わず、CPUの原子的ハードウェア命令で超高速に加算できるため
• 3. atomic はC++03でも利用可能なため
• 4. atomic 変数はスタックメモリを一切消費しないため