加载中…C++多线程std::condition_variable(条件变量)
(2025-10-16 11:55:53)
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https://download.csdn.net/blog/column/11315550/125554572
2 条件变量相应接口介绍
一个条件变量cv可以看作一个生产者也可以看作一个消费者，其提供的接口如下所示
std::cout << "Consume thread: wait
notify\n";
std::unique_lock lck(mut);
cv.wait(lck);
std::cout << "Consume thread: receve
notify\n";
std::cout << "Produce thread: send
notify\n";
cv.notify_one();
std::thread t1(produce);
std::thread t2(consume);
t1.join();
t2.join();
return 0;
4 代码示例
while(!pred()){
lk.unlock();
lk.lock(); }
cv.wait(lck);
std::cout << "data ready\n";
{
std::lock_guard
lg(mut);
data_ready = true;
}
cv.notify_one();
std::cout << "data_processing_thread
wait notify\n";
std::unique_lock lck(mut);
cv.wait(lck, []() { return data_ready;
});
std::cout << "data_processing_thread:
receve notify\n";
std::thread
t1(data_preparation_thread);
std::thread
t2(data_processing_thread);
t1.join();
t2.join();
return 0;
0 引言
在上篇文章C++多线程 task--std::promise和std::future
介绍了std::promise和std::future，其可以模拟一次性事件通知机制(这也是条件变量的功能之一)
为了补充相应的事件通知机制相应的方式，本文继续介绍std::condition_variable(条件变量).
1 std::condition_variable(条件变量)
条件变量是一种C++标准提供的同步原语，其可以用来阻塞一个或者多个线程，直到某个线程修改了共享变量(condition),并且向条件变量发送通知。
执行修改共享变量的线程，必须执行如下过程
获得std::mutex，可通过std::lock_guard管理
修改共享变量
执行条件变量的notify_one或者notify_all方法
具体来说，条件变量的工作原理可参考下图
cv.notify_one() //
通知一个正在等待的线程
cv.notify_all() //
通知所有正在等待的线程
cv.wait(lock, ...) //
等待一个通知，lock一般为std::unique_lock
cv.wait_for(lock, relTime, ...) //
等待一个通知，如果等待的间隔到relTime时，仍未等到通知，线程被唤醒
// lock为std::unique_lock
cv.wait_until(lock, absTime, ...) //
等待一个通知，如果到absTime时间点，仍未等到通知，线程被唤醒， lock为std::unique_lock
cv.native_handle(). // 返回这个条件变量的底层实现的handle
3 条件变量的注意事项
使用条件变量时一般需要了解如下两个概念：Lost Wakeup 和 Spurious Wakeup。
Lost Wakeup ：
所谓丢失唤醒，指的是在接受线程进入等待状态(也即加入wait queue)之前，生产者线程便发布了相应的通知(事件),
此时导致接受者线程陷入一直等待的状态。
Spurious Wakeup：
所谓虚假唤醒，指的是在没有收到相应的通知，线程也会被唤醒。
为了演示Lost wakeup， 可参考如下代码
#include
#include
#include
#include
std::mutex mut;
std::condition_variable cv;
void consume() {
}
void produce() {
}
int main() {
}
上述输出结果如下所示，也即通知事件先发布，后进入wait queue。
由上述第3部分可知，条件变量的wait接口必须要使用谓词，防止出现lost wakeup。
通过《C++ Concurrency in
Action》可知，条件变量的wait接口一般是使用忙等待实现的，并对其进行了部分优化，简言之，其实现如下
template
void minimal_wait(std::unique_lock& lk,Predicate
pred){
}
为了方便理解，可以将条件变量的wait接口按照如下方式进行理解
cv.wait(lck, pred)
==>
std::unique_lock lck(mut)
while (!pred) {
}
本部分的代码参考于《C++ Concurrency in Action》 第2版，并做了相应修改
#include
#include
#include
#include
std::mutex mut;
bool data_ready{false};
std::condition_variable cv;
void data_preparation_thread() {
}
void data_processing_thread() {
}
int main() {
}
其输出结果可自行验证。
5 总结
本文总结了现代C++种多线程中使用的条件变量的相关介绍及可能出现的问题。通过本文应该可以初步使用条件变量。
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