关于 std::condition_variable

一. std::condition_variable是什么？

std::condition_variable 是 C++ 标准库提供的一个线程同步的工具，用于实现线程间的条件变量等待和通知机制。  条件变量的发生通常与某个共享变量的状态改变相关。  在多线程编程中，条件变量通常和互斥锁（std::mutex）一起使用，以避免死锁等问题。

二.用法

其常见用法如下：

1.定义std::condition_variable对象

std::condition_variable cv;

2.定义一个互斥锁对象

std::mutex m;

3.定义一个bool类型变量作为条件，通常与互斥锁一起使用

bool condition = false;

4.等待条件变量的通知

std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
while (!condition) {cv.wait(lk); // 释放锁并等待通知
}
// 唤醒后继续执行

在等待时，std::condition_variable::wait()函数会自动释放互斥锁并将线程挂起，等待其他线程通过std::condition_variable::notify_one()或std::condition_variable::notify_all()函数发出通知后唤醒线程。

唤醒后，std::unique_lock会重新锁定互斥锁，线程继续执行。

5.发送条件变量的通知

std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
condition = true;
cv.notify_one(); // 发送通知

在发送通知时，必须先获取互斥锁，并修改条件变量的状态后才能发送通知。

需要注意的是: 

std::condition_variable一般需要和std::unique_lock一起使用，以避免竞态条件的出现。      

此外，线程在等待条件变量时，可能会出现虚假唤醒的情况，因此应该使用while循环检查条件变量的状态，而不是if语句。

三.示例

std::condition_variable的用法通常是与 std::unique_lock ， std::mutex 一起使用。

可以通过以下步骤来使用 std::condition_variable :

1. 创建std::mutex对象来保护共享资源。
2. 创建std::condition_variable对象。
3. 在需要等待共享资源的线程中，使用std::unique_lock, std::mutex 锁住共享资源，并使用std::condition_variable的wait()函数来阻塞线程等待通知。
4. 在修改共享资源的线程中，修改共享资源，并使用std::condition_variable的notify_one()或notify_all()函数来通知等待的线程。
5. 等待的线程被唤醒后，使用std::unique_lock, std::mutex 锁住共享资源，并检查共享资源是否已经被修改。

下面是一个使用std::condition_variable的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>std::mutex m;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;void worker_thread() {// 等待主线程的信号std::unique_lock<std::mutex> lock(m);while(!ready) {cv.wait(lock);}// 做一些工作std::cout << "Worker thread is working" << std::endl;
}int main() {// 创建工作线程std::thread worker(worker_thread);// 做一些工作std::cout << "Main thread is doing something" << std::endl;// 发送信号给工作线程{std::lock_guard<std::mutex> lock(m);ready = true;}cv.notify_one();// 等待工作线程完成worker.join();return 0;
}

运行后：

 

在这个例子中，主线程和工作线程共享了一个bool型变量ready，用来表示工作线程是否可以开始工作。主线程先打印一条消息，然后发送信号给工作线程。工作线程在启动后使用std::unique_lock, std::mutex 锁住共享资源ready，并在while循环中等待信号。一旦收到信号，工作线程就会解锁并开始工作。主线程等待工作线程完成后退出。