std::condition_variable用于线程同步，配合unique_lock实现等待通知机制。生产者修改共享状态并调用notify唤醒消费者，消费者通过wait阻塞直至条件满足。使用谓词可避免虚假唤醒，确保数据一致性与线程安全。
在C++多线程编程中，std::condition_variable 是实现线程间同步的重要工具之一。它通常与 std::unique_lock<:mutex> 配合使用，用于阻塞一个或多个线程，直到另一个线程修改了某个共享状态并通知它们继续执行。
条件变量的基本原理
条件变量允许线程在某个条件不满足时进入等待状态，避免频繁轮询消耗CPU资源。当其他线程改变了这个条件后，通过发送“通知”来唤醒等待中的线程。
核心机制包括：
-
wait()：使当前线程阻塞，直到被唤醒
-
notify_one()：唤醒一个正在等待的线程
-
notify_all()：唤醒所有等待的线程
基本用法：等待与通知
以下是一个典型的生产者-消费者模型示例，展示如何使用 std::condition_variable 实现线程同步：
#include
#include
#include
#include
#include
std::queue 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 lock(mtx);
data_queue.push(i);
std::cout << "生产: " << i << "\n";
lock.unlock();
cv.notify_one(); // 通知消费者
}
{
std::lock_guard lock(mtx);
finished = true;
}
cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
}
void consumer() {
while (true) {
std::unique_lock lock(mtx);
// 条件判断：队列为空且未结束，则等待
cv.wait(lock, []{ return !data_queue.empty() || finished;
});
if (!data_queue.empty()) {
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
std::cout << "消费: " << value << "\n";
}
if (data_queue.empty() && finished) {
break; // 结束循环
}
lock.unlock();
}
}
在上面的例子中：
- 生产者每隔一段时间向队列添加数据，并调用 notify_one()
- 消费者调用 wait()，传入锁和一个lambda表达式作为谓词（predicate）
- 只有当谓词返回 true 时，wait 才会解除阻塞
- 使用谓词可以防止虚假唤醒导致的问题
关键注意事项
正确使用 std::condition_variable 需要注意以下几点：
- 必须配合 std::unique_lock<:mutex> 使用，不能用 lock_guard
- wait 调用会自动释放锁，在唤醒后重新获取锁，保证安全性
- 始终使用带谓词的 wait 形式（即 wait(lock, predicate)），避免虚假唤醒问题
- 通知方修改共享数据时也应持有同一互斥锁，确保数据一致性
- 如果可能唤醒多个消费者，考虑使用 notify_all() 替代 notify_one()
基本上就这些。合理使用条件变量可以让多线程程序更高效、响应更及时，同时避免忙等待带来的性能浪费。掌握 wait 和 notify 的配对逻辑是关键。
});
if (!data_queue.empty()) {
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
std::cout << "消费: " << value << "\n";
}
if (data_queue.empty() && finished) {
break; // 结束循环
}
lock.unlock();
}
}