文章目录

• 条件变量
• • 头文件
  • condition_variable
  • • 公共方法
    • wait
    • • wait(_Lck)
      • • 流程图
        • 示例
        • 错误示例：等待前通知，导致无法获得通知
      • wait(_Lck, _Pred)
      • • 流程图
        • 示例：等待后通知
        • 示例：等待前通知
        • 错误示例：通知线程不加lock可能出现的问题
        • 解决方案：加入lock
        • 总结
• 相关参考

条件变量

条件变量是允许多个线程相互交流的同步原语。它允许一定量的线程等待（可以定时）另一线程的提醒，然后再继续。条件变量始终关联到一个互斥。

头文件

condition_variable

condition_variable 类是同步原语，能用于阻塞一个线程，或同时阻塞多个线程，直至另一线程修改共享变量（条件）并通知 condition_variable 。

有意修改变量的线程必须（通知线程）

1. 获得 std::mutex （典型地通过 std::lock_guard ）
2. 在保有锁时进行修改
3. 在 std::condition_variable 上执行 notify_one 或 notify_all （不需要为通知保有锁）

即使共享变量是原子的，也必须在互斥下修改它，以正确地发布修改到等待的线程。

任何有意在 std::condition_variable 上等待的线程必须（等待线程）

1. 获得 std::unique_lock ，在与用于保护共享变量者相同的互斥上
2. 执行 wait 、 wait_for 或 wait_until ，等待操作自动释放互斥，并悬挂线程的执行。
3. condition_variable 被通知时，时限消失或虚假唤醒发生，线程被唤醒，且自动重获得互斥。之后线程应检查条件，若唤醒是虚假的，则继续等待。

std::condition_variable 只可与 std::unique_lock 一同使用；此限制在一些平台上允许最大效率。 std::condition_variable_any 提供可与任何基础可锁 (BasicLockable) 对象，例如 std::shared_lock 一同使用的条件变量。

condition_variable 容许 wait 、 wait_for 、 wait_until 、 notify_one 及 notify_all 成员函数的同时调用。

类 std::condition_variable 是标准布局类型 (StandardLayoutType) 。它不可复制构造 (CopyConstructible) 、可移动构造 (MoveConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 或可移动赋值 (MoveAssignable) 。

公共方法

wait

wait(_Lck)

流程图

示例

#include 
#include using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒后进行通知cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

错误示例：等待前通知，导致无法获得通知

#include 
#include using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒后再等待通知unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

wait(_Lck, _Pred)

流程图

示例：等待后通知

using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{// 等待通知再继续执行unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock, [] { return ready; });cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;ready = true;lock.unlock(); // 不解锁的话，等待线程无法获得锁，则会进入死锁wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

示例：等待前通知

using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒// 等待通知再继续执行unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock, [] { return ready; });cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;ready = true;lock.unlock(); // 不解锁的话，等待线程无法获得锁，则会进入死锁wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

错误示例：通知线程不加lock可能出现的问题

#include 
#include using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{// 等待通知再继续执行unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock, []{bool state = ready;cout << "wait执行中(判断条件后,等待通知前)" << endl; // 模拟“wait执行中”this_thread::sleep_for(3s);return state;});cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);this_thread::sleep_for(1s); // 模拟“wait执行中”进行通知//unique_lock lock(wait_mutex);cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;ready = true;//lock.unlock(); // 不解锁的话，等待线程无法获得锁，则会进入死锁wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

解决方案：加入lock

#include 
#include using namespace std;mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{// 等待通知再继续执行unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;wait_condition_variable.wait(lock, []{bool state = ready;cout << "wait执行中(判断条件后,等待通知前)" << endl; // 模拟“wait执行中”this_thread::sleep_for(3s);return state;});cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}int main()
{thread wait_thread(wait_thread_func);this_thread::sleep_for(1s); // 模拟“wait执行中”进行通知unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;ready = true;lock.unlock(); // 不解锁的话，等待线程无法获得锁，则会进入死锁wait_condition_variable.notify_one();wait_thread.join();cout << "--- main结束 ---" << endl;
}

总结

拥有lock:

只会在 “wait执行前/后” 进行通知

（通知后"等待线程"可以继续执行）

没有lock:

假如在 “wait执行中(判断条件后,等待通知前)” 进行通知,判断条件为false,并且无法受到通知(造成此次通知无效, “等待线程” 依然处于等待通知状态)

相关参考

微软文档(condition-variable)

cppreference(condition-variable)

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