C++ condition_variable怎么用 C++线程条件变量同步机制【并发编程】

condition_variable 必须与 std::mutex 配合使用，且 wait() 必须传入 std::unique_lock 而非 std::mutex 或 std::lock_guard，因其需原子地释放锁并挂起线程；notify_one() 适用于单消费者场景，notify_all() 用于多线程等待同一条件；务必用 while 循环检查谓词以防虚假唤醒；其生命周期必须长于所有调用 wait() 的线程，否则导致未定义行为。

condition_variable 本身不能单独用，必须和 std::mutex 配合，且等待时必须用 std::unique_lock<:mutex> —— 这是绝大多数人踩坑的起点。

为什么 wait() 要传 unique_lock 而不是 mutex？

因为 wait() 内部会先原子地释放锁、挂起线程，等被唤醒后再重新加锁；这个“释放+挂起”的动作必须是原子的，std::mutex 不支持临时交出所有权，而 std::unique_lock 可以移动、可释放、可重入。

常见错误写法：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
// ❌ 错误：不能传 std::lock_guard 或裸 mutex
cv.wait(std::lock_guard(mtx), []{ return ready; });
// ✅ 正确：必须用 unique_lock
std::unique_lock lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return ready; });

notify_one() 和 notify_all() 到底该选哪个？

取决于你预期有几个线程在等。如果逻辑上只允许一个消费者处理任务（比如生产者-消费者中单个任务只被取一次），用 notify_one() 更高效；如果多个线程都在等同一个条件（比如所有工作线程等“全部数据加载完成”），必须用 notify_all()。

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容易忽略的点：

• notify_one() 不保证唤醒的是“最久没运行”的线程，调度由 OS 决定
• 即使只调 notify_one()，也要用 while 循环检查条件，防止虚假唤醒（spurious wakeup）
• notify_*() 可以在锁外调用，但若在锁内调用，能避免唤醒后立即竞争锁（微优化，非必须）

wait() 的谓词版本为什么必须用 while 而不是 if？

因为 C++ 标准允许线程在没被显式唤醒的情况下返回（虚假唤醒），也因为多个线程可能同时被唤醒，但只有第一个能真正满足条件——后续线程醒来时条件可能已失效。

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正确模式：

std::unique_lock lock(mtx);
while (!ready) {  // ❌ 不能用 if
    cv.wait(lock);
}
// 此时 ready 一定为 true

如果换成 if，一旦发生虚假唤醒或条件被其他线程抢走，就会跳过检查直接执行后续逻辑，导致未定义行为。

condition_variable 的生命周期比线程长吗？

必须更长。如果 std::condition_variable 对象在某个线程还处于 wait() 状态时就被析构，程序直接 UB（通常 crash）。常见于类成员变量被提前销毁，或局部 condition_variable 被函数返回后销毁。

安全做法：

• 把 std::condition_variable 作为类的成员，并确保它比所有使用它的线程活得久
• 在线程 join() 完成后再销毁 condition_variable
• 避免在 lambda 捕获中隐式延长其生命周期（比如通过 shared_ptr 管理，但需小心循环引用）

最难调试的往往不是语法错，而是唤醒时机和锁持有范围不匹配——比如在修改共享状态前没加锁，或者 notify 放在锁外却假设接收方一定能立刻看到新值。