C++ condition_variable怎么用_C++多线程条件变量同步机制详解

条件变量（condition_variable）是C++多线程中用于线程间同步的核心机制，需与std::mutex和共享状态配合使用，避免忙等待。它本身不存储状态，仅作为通知工具：线程在锁保护下通过循环检查条件并调用wait()等待，当其他线程修改共享状态后，通过notify_one()或notify_all()唤醒等待线程。典型应用场景为生产者-消费者模型，其中生产者推送数据并通知，消费者在循环中等待数据或结束标志。推荐使用带谓词的wait(lock, predicate)形式，代码更安全简洁。notify_one()适用于单一处理线程场景，notify_all()用于广播通知，但需注意惊群效应。正确使用需确保条件判断在循环中进行，防止虚假唤醒，保证线程安全与效率。

在C++多线程编程中，condition_variable 是标准库提供的一个核心同步机制，用于在线程之间协调“等待某个条件成立”的操作。它通常与 std::mutex 和共享状态配合使用，避免忙等待，提升效率。

condition_variable 的基本原理

条件变量本身不存储状态，它只是一个通知机制。一个或多个线程可以等待某个条件变量，直到另一个线程通过通知唤醒它们。关键点是：等待必须在锁的保护下进行，并且判断条件是否满足要放在循环中，以防虚假唤醒。

典型使用模式如下：

• 用 std::unique_lock<:mutex> 锁定互斥量
• 检查共享条件是否满足（如队列非空、标志为真等）
• 如果不满足，调用 wait() 将自动释放锁并进入等待
• 当其他线程调用 notify_one() 或 notify_all() 时，等待线程被唤醒，重新获取锁并再次检查条件

基本用法示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的生产者-消费者例子，展示 condition_variable 的典型使用方式：

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>

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);
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 通知一个等待的消费者
    }

    {
        std::unique_lock<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);

        // 条件判断必须在循环中
        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 (finished && data_queue.empty()) break;
    }
    std::cout << "消费者退出\n";
}

主函数启动两个线程：

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

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

    return 0;
}

wait 的两种形式

condition_variable 提供了两种 wait 调用方式：

• cv.wait(lock)：需要手动在循环中判断条件
• cv.wait(lock, predicate)：传入一个可调用对象（如 lambda），wait 内部会循环检查，直到条件为真

推荐使用第二种，代码更简洁安全。

notify_one 与 notify_all 的区别

notify_one() 唤醒至少一个等待线程，适用于只有一个线程能处理任务的场景（如单个消费者）。

notify_all() 唤醒所有等待线程，适合广播式通知，比如资源就绪或程序关闭信号。但要注意避免惊群效应导致性能下降。

基本上就这些。合理使用 condition_variable 可以实现高效的线程协作，关键是配合 mutex 保护共享数据，用循环检查条件，选择合适的 notify 方式。

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