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c++如何使用条件变量std::condition_variable_c++线程同步条件变量用法

下次还敢
发布: 2025-10-26 16:02:01
原创
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std::condition_variable用于线程同步,配合mutex和锁实现条件等待。生产者-消费者模型中,生产者添加数据并通知,消费者等待数据就绪或结束信号,通过wait()与notify_one()/all()协作,避免虚假唤醒需使用谓词形式,确保共享状态安全访问。

c++如何使用条件变量std::condition_variable_c++线程同步条件变量用法

在C++多线程编程中,std::condition_variable 是一种重要的同步机制,用于在线程之间协调执行顺序。它通常与 std::unique_lock<std::mutex> 配合使用,实现“等待某个条件成立”的逻辑。

基本概念:条件变量的作用

条件变量允许一个或多个线程挂起(等待),直到接收到另一个线程的通知。这适用于生产者-消费者模型、任务队列等场景。

关键组件:

  • std::condition_variable:提供 wait()、notify_one() 和 notify_all() 方法。
  • std::mutexstd::unique_lock:保护共享数据,并在等待时安全地释放锁。
  • 共享的条件判断:比如队列非空、标志位为 true 等。

基本用法示例:生产者-消费者模型

下面是一个简单的例子,演示如何使用 std::condition_variable 实现两个线程间的协作:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

#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::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << '\n';
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 唤醒一个等待的消费者
    }

    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

        // 条件等待:队列非空 或 生产结束
        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;
        }

        lock.unlock();
    }
    std::cout << "Consumer exiting.\n";
}
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主函数启动线程:

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int main() {
    std::thread p(producer);
    std::thread c(consumer);

    p.join();
    c.join();

    return 0;
}
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wait() 的正确使用方式

cv.wait(lock, predicate) 是推荐写法,其中 predicate 是一个返回 bool 的 lambda 表达式。它等价于:

while (!predicate()) {
    cv.wait(lock);
}
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这种方式避免了虚假唤醒(spurious wakeups)带来的问题,确保只有当条件真正满足时才继续执行。

如果不使用谓词形式,必须手动检查条件并处理循环等待:

while (data_queue.empty() && !finished) {
    cv.wait(lock);
}
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notify_one() vs notify_all()

  • notify_one():唤醒一个等待的线程,适合只有一个消费者的情况。
  • notify_all():唤醒所有等待线程,适合广播事件(如关闭信号),但可能带来性能开销。

注意:调用 notify 不需要持有锁,但为了可读性和避免竞争,有时在解锁前调用更安全。

基本上就这些。掌握条件变量的关键是理解“保护共享状态 + 等待条件 + 发出通知”这一模式。不复杂但容易忽略细节,比如忘记加锁或遗漏条件判断。

以上就是c++++如何使用条件变量std::condition_variable_c++线程同步条件变量用法的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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