std::condition_variable用于线程同步，配合互斥量和条件判断实现等待/通知机制。其核心是wait()、notify_one()和notify_all()，常用于生产者-消费者模型。使用时需注意虚假唤醒、锁类型选择及唤醒时机，确保共享数据一致性与线程协作效率。
在C++多线程编程中，std::condition_variable 是实现线程间通信与同步的重要工具。它通常配合 std::unique_lock<:mutex> 使用，用于阻塞一个或多个线程，直到另一个线程通知它们条件已满足。
1. 条件变量的基本组成
使用 std::condition_variable 需要三个关键元素：
- 互斥量（std::mutex）：保护共享数据，防止竞态条件。
- 条件变量（std::condition_variable）：用于线程等待或唤醒。
- 共享状态的判断条件：决定是否继续执行或等待。
2. 常用成员函数说明
wait()：让当前线程阻塞，直到被其他线程唤醒。
- cond.wait(lock)：释放锁并进入等待状态；被唤醒后自动重新获取锁。
- cond.wait(lock, predicate)：等待直到谓词（判断条件）为 true，更安全推荐使用。
notify_one()：唤醒一个正在等待的线程。
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notify_all()：唤醒所有等待中的线程。
3. 简单示例：生产者-消费者模型
下面是一个使用 std::condition_variable 实现的简单生产者-消费者例子：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::queue<int> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cond;
void producer() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
data_queue.push(i);
std::cout << "生产: " << i << "\n";
cond.notify_one(); // 通知消费者
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}
void consumer() {
while (true) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待队列非空
cond.wait(lock, []{ return !data_queue.empty(); });
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
std::cout << "消费: " << value << "\n";
if (value == 4) break; // 结束信号
}
}
int main() {
std::thread c(consumer);
std::thread p(producer);
p.join();
c.join();
return 0;
}
在这个例子中：
- 生产者向队列添加数据，并调用 notify_one() 唤醒消费者。
- 消费者调用 wait() 等待队列非空，避免忙等。
- 使用 std::unique_lock 是因为 wait() 要求锁能被临时释放和重新获取。
4. 使用注意事项
- 必须配合互斥量使用：wait() 内部会释放锁，所以不能传入 std::lock_guard 或普通锁。
- 避免虚假唤醒：即使没有调用 notify，等待也可能结束。因此建议使用带谓词的 wait 形式。
- notify 后数据应有效：确保唤醒时共享数据已处于一致状态。
- 选择 notify_one 还是 notify_all：如果只有一个线程需要处理，用 notify_one 更高效。
