如何使用std::condition_variable实现生产者-消费者模型？ (c++多线程)

std::condition_variable 必须和 std::mutex 一起用

单独使用 std::condition_variable 会触发未定义行为，因为它不管理共享状态的互斥访问。它只负责线程挂起与唤醒，而状态（比如缓冲区是否为空/满）的读写必须由配套的 std::mutex 保护。

常见错误是只对 notify_one() 或 wait() 加锁，却忘了在检查条件前也加锁——这会导致竞态：检查完“缓冲区非空”，但还没调用 wait() 就被另一个线程取走最后一个元素，结果消费者永久阻塞。

正确做法是把「条件检查 + wait」包进同一个临界区，或更推荐地，用带谓词的 wait(lock, pred) 形式，它内部自动完成解锁-等待-重锁-重检查循环：

std::unique_lock lock(mtx);
cv.wait(lock, [&] { return !buffer.empty(); }); // 自动重检

生产者用 notify_one() 还是 notify_all()？

多数场景下用 notify_one() 就够了。它只唤醒一个等待中的线程，避免惊群效应（thundering herd），尤其当多个消费者在等“非空”、多个生产者在等“非满”时，唤醒多余线程只会立刻再次进入等待，徒增调度开销。

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只有以下情况才考虑 notify_all()：

• 你无法确定哪个等待线程能推进当前状态（例如多个条件混用在同一 condition_variable 上）
• 使用了虚假唤醒（spurious wakeup）不可控的老式平台（现代 libc++ / libstdc++ 已较好处理）
• 缓冲区从满变非满后，需要同时唤醒一个生产者和一个消费者（极少见，通常应拆成两个 cv）

注意：notify_one() 不保证唤醒的是消费者而非生产者——所以你的等待谓词必须严格匹配逻辑，不能依赖唤醒顺序。

缓冲区满/空判断必须用 while 而非 if

即使用了带谓词的 wait()，底层仍可能发生虚假唤醒（spurious wakeup）。这意味着线程被唤醒时，条件未必成立。若用 if 检查后直接消费，可能触发 buffer.front() 在空容器上调用，导致崩溃。

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安全写法永远是：

std::unique_lock lock(mtx);
cv.wait(lock, [&] { return !buffer.empty(); }); // 内部就是 while 循环
// 此时 buffer 确实非空，可安全取值
auto item = buffer.front();
buffer.pop();

如果你手写裸 wait()，必须显式用 while：

std::unique_lock lock(mtx);
while (buffer.empty()) {
    cv.wait(lock);
}

别忘了 notify 的时机和位置

notify_one() 应该在修改共享状态之后、且仍在持有锁的情况下调用——这不是必须的，但强烈推荐。原因有二：

• 避免唤醒后消费者立即抢锁失败，被迫再次等待（虽然合法，但低效）
• 某些实现中，如果在锁外 notify，而此时目标线程刚被调度器选中准备 wait，可能错过通知（尽管标准不保证，但实践上容易出问题）

典型生产者片段：

std::unique_lock lock(mtx);
while (buffer.size() >= capacity) {
    not_full.wait(lock);
}
buffer.push(item);
not_empty.notify_one(); // ✅ 在锁内、状态已更新后

反过来，消费者中 not_full.notify_one() 也要在 pop() 后、锁未释放前调用。

最容易被忽略的一点：如果生产者或消费者在退出前没有清理或广播状态（比如程序结束前清空缓冲区），残留的等待线程可能永远卡住。实际项目中建议配合 std::atomic done 做退出协调，而不是依赖 notify。