std::condition_variable需与std::mutex配合使用，实现线程间同步。1. 原理：wait()阻塞线程直至notify唤醒，期间自动释放并重获锁；2. 步骤：定义条件变量与互斥锁，等待线程加锁后检查条件并调用wait，通知线程修改数据后调用notify；3. 示例：生产者-消费者模型中，生产者push数据后notify_one，消费者通过带lambda谓词的wait防止虚假唤醒；4. 注意事项：必须使用unique_lock，防止虚假唤醒应循环检查条件，修改状态后及时通知，避免信号丢失。合理使用可有效协调多线程协作。
在C++多线程编程中，std::condition_variable 是一种重要的同步机制，用于在线程之间传递“条件满足”的信号。它通常与 std::mutex 配合使用，实现线程间的等待与唤醒操作。不能单独使用条件变量，必须结合互斥锁来保护共享数据。
1. condition_variable的基本原理
std::condition_variable 允许一个或多个线程等待某个条件成立，而另一个线程在条件达成时通知这些等待的线程继续执行。它的核心函数包括：
-
wait()：使当前线程阻塞，直到被其他线程通过 notify_one() 或 notify_all() 唤醒。
-
notify_one()：唤醒一个正在等待的线程。
-
notify_all()：唤醒所有正在等待的线程。
wait 操作会自动释放关联的互斥锁，并在被唤醒后重新获取锁，保证了线程安全和避免死锁。
2. 基本使用步骤
使用 condition_variable 的典型流程如下：
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- 定义一个 condition_variable 对象和一个 mutex。
- 在等待线程中，用 lock_guard 或 unique_lock 加锁，检查条件是否满足；若不满足，调用 wait 进入等待状态。
- 在通知线程中，修改共享数据并调用 notify_one 或 notify_all 发出信号。
3. 简单示例：生产者-消费者模型
下面是一个使用 condition_variable 实现的简单生产者-消费者例子：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::queue<int> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;
void producer() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
data_queue.push(i);
std::cout << "Produced: " << i << '\n';
lock.unlock();
cv.notify_one(); // 通知一个消费者
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
finished = true;
}
cv.notify_all(); // 通知所有等待线程结束
}
void consumer() {
while (true) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 使用 lambda 判断条件，防止虚假唤醒
cv.wait(lock, []{ return !data_queue.empty() || finished; });
if (!data_queue.empty()) {
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
std::cout << "Consumed: " << value << '\n';
}
if (data_queue.empty() && finished) {
break; // 结束循环
}
lock.unlock();
}
}
int main() {
std::thread p(producer);
std::thread c1(consumer);
std::thread c2(consumer);
p.join();
c1.join();
c2.join();
return 0;
}
说明：
- 生产者每产生一个数据就 push 到队列，并调用 notify_one() 唤醒一个消费者。
- 消费者在 wait 中等待，直到队列非空或任务结束（finished 为 true）。
- 使用 lambda 表达式作为 wait 的谓词，可以有效避免虚假唤醒问题。
- 使用 unique_lock 而不是 lock_guard，因为 wait 函数需要能够释放和重新获取锁。
4. 关键注意事项
使用 condition_variable 时需注意以下几点：
-
必须配合 unique_lock 使用：wait 函数要求传入的是 std::unique_lock<std::mutex>，因为它需要在等待期间释放锁。
-
防止虚假唤醒：即使没有调用 notify，wait 也可能返回。因此应始终在循环中检查条件，推荐使用带谓词的 wait 版本（如 wait(lock, predicate)）。
-
及时通知：修改共享状态后务必调用 notify_one 或 notify_all，否则等待线程将永远阻塞。
-
避免错过通知：确保在设置条件之前先加锁，防止通知发生在 wait 之前导致丢失信号。
基本上就这些。合理使用 condition_variable 可以高效协调多线程协作，但要注意同步逻辑的严谨性，避免死锁和竞态条件。掌握好它，是写出稳定并发程序的关键一步。
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