std::condition_variable用于线程同步，需与std::mutex配合使用，典型场景如生产者-消费者模型；其核心是等待条件成立，通过wait()阻塞线程，由notify_one()或notify_all()唤醒，必须用unique_lock并在循环中检查条件以避免虚假唤醒。
在C++多线程编程中，std::condition_variable 是实现线程间通信和同步的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用于让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等待中的线程继续执行。
基本原理与使用场景
std::condition_variable 的核心作用是“等待事件发生”。它不保存状态，只负责阻塞线程直到被唤醒。典型应用场景包括：
- 生产者-消费者模型：消费者等待队列非空，生产者在放入数据后通知消费者。
- 主线程等待工作线程完成初始化。
- 多个线程协同完成阶段性任务。
关键点是：条件变量必须配合互斥锁（mutex）使用，防止竞争条件。
基本用法步骤
使用 std::condition_variable 的标准流程如下：
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- 定义一个 std::condition_variable 变量。
- 定义一个 std::mutex 和共享的条件标志（如 bool 变量或数据容器）。
- 等待线程获取锁，检查条件是否满足，若不满足则调用 wait() 进入阻塞。
- 通知线程修改条件，然后调用 notify_one() 或 notify_all() 唤醒等待线程。
示例：实现简单的生产者-消费者模型
#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::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
data_queue.push(i);
std::cout << "Produced: " << i << "\n";
cv.notify_one(); // 通知一个消费者
}
{
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);
// 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; // 结束消费
}
// lock 自动释放
}
std::cout << "Consumer exiting.\n";
}
在上面代码中，cv.wait(lock, predicate) 是推荐写法，它会自动判断条件是否满足，避免虚假唤醒问题。
注意事项与最佳实践
使用 std::condition_variable 时需注意以下几点：
- 始终在循环中检查条件：由于存在虚假唤醒（spurious wakeups），不能假设 wait 返回就意味着条件成立。
- 使用 unique_lock 而不是 lock_guard：因为 wait 函数需要能够释放并重新获取锁，只有 std::unique_lock 支持这种操作。
- notify 时机要正确：应在修改共享数据并释放锁之前调用 notify，否则可能导致唤醒丢失。
- 选择 notify_one 还是 notify_all：如果只有一个等待线程需要响应，用 notify_one；若有多个消费者，则用 notify_all。
基本上就这些。只要理解了“条件变量不保存状态、依赖外部变量、必须配合锁使用”的机制，就能安全地实现线程通信。
