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C++11中的std::condition_variable

article 2026/1/18 1:54:42

一、什么是条件变量？

std::condition_variable 是C++11标准库中提供的线程同步工具，用于在多线程环境中实现“等待-通知”机制。它的核心作用是让线程能够高效地等待某个条件成立，避免“忙等待”对CPU资源的浪费。

条件变量必须与std::mutex配合使用。当一个线程需要等待某个条件时，它会释放互斥锁并进入阻塞状态；当其他线程修改了条件并发出通知时，等待的线程会被唤醒并重新获取锁，继续执行后续操作。

二、关键成员函数

wait()

线程阻塞，直到被通知且条件满足。通常与std::unique_lockstd::mutex一起使用。

wait () 函数有两种形式，一种是只传递锁，另一种是传递锁和一个谓词（即返回布尔值的函数或lambda）。带谓词的wait()实际上会在被唤醒时自动检查谓词条件，如果条件不满足，线程会继续等待。这样可以避免因为虚假唤醒而错误地继续执行。

1️⃣ 无谓词版本：wait(lock)
线程被唤醒后直接继续执行，不会自动检查条件是否满足。

// 错误示例：不防御虚假唤醒
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock); // 仅等待通知，不检查条件
// 此处可能条件尚未满足！

2️⃣ 带谓词版本：wait(lock, predicate)
线程被唤醒后自动检查谓词，只有条件满足时才会退出等待。

// 正确示例：防御虚假唤醒
cv.wait(lock, [&]{ return buffer.size() < MAX_SIZE; });

因为线程调度不确定性：多核CPU或复杂调度策略可能导致意外唤醒。若不处理虚假唤醒，线程可能误判条件已满足，导致数据竞争或逻辑错误。

notify_one()

唤醒一个等待此条件变量的线程（无特定顺序）。

notify_all()

唤醒所有等待此条件变量的线程。

wait_for() / wait_until()

支持超时机制，避免无限等待。