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文章目录
- 条件变量
- 头文件
- condition_variable
- 公共方法
- wait
- wait(_Lck)
- 流程图
- 示例
- 错误示例:等待前通知,导致无法获得通知
- wait(_Lck, _Pred)
- 流程图
- 示例:等待后通知
- 示例:等待前通知
- 错误示例:通知线程不加lock可能出现的问题
- 解决方案:加入lock
- 总结
- 相关参考
条件变量
条件变量是允许多个线程相互交流的同步原语。它允许一定量的线程等待(可以定时)另一线程的提醒,然后再继续。条件变量始终关联到一个互斥。
头文件
<condition_variable>
condition_variable
condition_variable 类是同步原语,能用于阻塞一个线程,或同时阻塞多个线程,直至另一线程修改共享变量(条件)并通知 condition_variable 。
有意修改变量的线程必须(通知线程)
- 获得 std::mutex (典型地通过 std::lock_guard )
- 在保有锁时进行修改
- 在 std::condition_variable 上执行 notify_one 或 notify_all (不需要为通知保有锁)
即使共享变量是原子的,也必须在互斥下修改它,以正确地发布修改到等待的线程。
任何有意在 std::condition_variable 上等待的线程必须(等待线程)
- 获得 std::unique_lock<std::mutex> ,在与用于保护共享变量者相同的互斥上
- 执行 wait 、 wait_for 或 wait_until ,等待操作自动释放互斥,并悬挂线程的执行。
- condition_variable 被通知时,时限消失或虚假唤醒发生,线程被唤醒,且自动重获得互斥。之后线程应检查条件,若唤醒是虚假的,则继续等待。
std::condition_variable 只可与 std::unique_lock<std::mutex> 一同使用;此限制在一些平台上允许最大效率。 std::condition_variable_any 提供可与任何基础可锁 (BasicLockable) 对象,例如 std::shared_lock 一同使用的条件变量。
condition_variable 容许 wait 、 wait_for 、 wait_until 、 notify_one 及 notify_all 成员函数的同时调用。
类 std::condition_variable 是标准布局类型 (StandardLayoutType) 。它不可复制构造 (CopyConstructible) 、可移动构造 (MoveConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 或可移动赋值 (MoveAssignable) 。
公共方法
名称 | 描述 |
---|---|
notify_one | 通知一个等待的线程 |
notify_all | 通知所有等待的线程 |
wait | 阻塞当前线程,直到条件变量被唤醒 |
wait_for | 阻塞当前线程,直到条件变量被唤醒,或到指定时限时长后 |
wait_until | 阻塞当前线程,直到条件变量被唤醒,或直到抵达指定时间点 |
native_handle | 返回原生句柄 |
wait
wait(_Lck)
流程图
示例
#include <iostream>
#include <condition_variable>
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒后进行通知
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
等待线程(12348): 开始等待通知… 通知线程(15856): 开始通知等待线程… 等待线程(12348): 继续执行代码… — main结束 — |
错误示例:等待前通知,导致无法获得通知
#include <iostream>
#include <condition_variable>
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒后再等待通知
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
通知线程(21892): 开始通知等待线程… 等待线程(2120): 开始等待通知… (无限等待…) |
wait(_Lck, _Pred)
流程图
示例:等待后通知
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
// 等待通知再继续执行
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock, [] { return ready; });
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
ready = true;
lock.unlock(); // 不解锁的话,等待线程无法获得锁,则会进入死锁
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
等待线程(18172): 开始等待通知… 通知线程(19740): 开始通知等待线程… 等待线程(18172): 继续执行代码… — main结束 — |
示例:等待前通知
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
this_thread::sleep_for(1s); // 等待1秒
// 等待通知再继续执行
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock, [] { return ready; });
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
ready = true;
lock.unlock(); // 不解锁的话,等待线程无法获得锁,则会进入死锁
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
通知线程(10972): 开始通知等待线程… 等待线程(22632): 开始等待通知… 等待线程(22632): 继续执行代码… — main结束 — |
错误示例:通知线程不加lock可能出现的问题
#include <iostream>
#include <condition_variable>
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
// 等待通知再继续执行
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock, []
{
bool state = ready;
cout << "wait执行中(判断条件后,等待通知前)" << endl; // 模拟“wait执行中”
this_thread::sleep_for(3s);
return state;
});
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
this_thread::sleep_for(1s); // 模拟“wait执行中”进行通知
//unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
ready = true;
//lock.unlock(); // 不解锁的话,等待线程无法获得锁,则会进入死锁
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
等待线程(19732): 开始等待通知… wait执行中(判断条件后,等待通知前) 通知线程(6408): 开始通知等待线程… (无限等待…) |
解决方案:加入lock
#include <iostream>
#include <condition_variable>
using namespace std;
mutex wait_mutex;
condition_variable wait_condition_variable;
bool ready = false;
// 等待线程函数
void wait_thread_func()
{
// 等待通知再继续执行
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始等待通知..." << endl;
wait_condition_variable.wait(lock, []
{
bool state = ready;
cout << "wait执行中(判断条件后,等待通知前)" << endl; // 模拟“wait执行中”
this_thread::sleep_for(3s);
return state;
});
cout << "等待线程(" << this_thread::get_id() << "): 继续执行代码..." << endl;
}
int main()
{
thread wait_thread(wait_thread_func);
this_thread::sleep_for(1s); // 模拟“wait执行中”进行通知
unique_lock<mutex> lock(wait_mutex);
cout << "通知线程(" << this_thread::get_id() << "): 开始通知等待线程..." << endl;
ready = true;
lock.unlock(); // 不解锁的话,等待线程无法获得锁,则会进入死锁
wait_condition_variable.notify_one();
wait_thread.join();
cout << "--- main结束 ---" << endl;
}
Output |
---|
等待线程(18072): 开始等待通知… wait执行中(判断条件后,等待通知前) 通知线程(15672): 开始通知等待线程… wait执行中(判断条件后,等待通知前) 等待线程(18072): 继续执行代码… — main结束 — |
总结
拥有lock:
只会在 “wait执行前/后” 进行通知
(通知后"等待线程"可以继续执行)
没有lock:
假如在 “wait执行中(判断条件后,等待通知前)” 进行通知,判断条件为false,并且无法受到通知(造成此次通知无效, “等待线程” 依然处于等待通知状态)
相关参考
微软文档(condition-variable)
cppreference(condition-variable)
本文标签: 变量条件conditionvariable
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