条件变量(condition_variable)详解

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头文件主要包含了与条件变量相关的类和函数。相关的类包括 std::condition_variable和 std::condition_variable_any，还有枚举类型std::cv_status。另外还包括函数 std::notify_all_at_thread_exit()，下面分别介绍一下以上几种类型。

std::condition_variable 类介绍

std::condition_variable是条件变量，更多有关条件变量的定义参考维基百科。Linux下使用 Pthread库中的 pthread_cond_*() 函数提供了与条件变量相关的功能， Windows 则参考 MSDN。

当 std::condition_variable对象的某个wait 函数被调用的时候，它使用 std::unique_lock(通过 std::mutex) 来锁住当前线程。当前线程会一直被阻塞，直到另外一个线程在相同的 std::condition_variable 对象上调用了 notification 函数来唤醒当前线程。

std::condition_variable 对象通常使用 std::unique_lock 来等待，如果需要使用另外的 lockable 类型，可以使用std::condition_variable_any类，本文后面会讲到 std::condition_variable_any 的用法。

<code class="hljs cpp">#include <iostream>                // std::cout
#include <thread>                // std::thread
#include <mutex>                // std::mutex, std::unique_lock
#include <condition_variable>    // std::condition_variable
 
std::mutex mtx; // 全局互斥锁.
std::condition_variable cv; // 全局条件变量.
bool ready = false; // 全局标志位.
 
void do_print_id(int id)
{
    std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready) // 如果标志位不为 true, 则等待...
        cv.wait(lck); // 当前线程被阻塞, 当全局标志位变为 true 之后,
    // 线程被唤醒, 继续往下执行打印线程编号id.
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}
 
void go()
{
    std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
    ready = true; // 设置全局标志位为 true.
    cv.notify_all(); // 唤醒所有线程.
}
 
int main()
{
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(do_print_id, i);
 
    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!
 
  for (auto & th:threads)
        th.join();
 
    return 0;
}</std::mutex></std::mutex></condition_variable></mutex></thread></iostream></code>

<code class="hljs lasso">10 threads ready to race...
thread 1
thread 0
thread 2
thread 3
thread 4
thread 5
thread 6
thread 7
thread 8
thread 9</code>

好了，对条件变量有了一个基本的了解之后，我们来看看 std::condition_variable 的各个成员函数。

std::condition_variable 的拷贝构造函数被禁用，只提供了默认构造函数。

std::condition_variable::wait() 介绍:

<code class="hljs d">void wait (unique_lock<mutex>& lck);
 
 
template <class predicate="">
  void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred);</mutex></class></mutex></code>

std::condition_variable提供了两种 wait() 函数。当前线程调用 wait() 后将被阻塞(此时当前线程应该获得了锁（mutex），不妨设获得锁 lck)，直到另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程。

在线程被阻塞时，该函数会自动调用 lck.unlock() 释放锁，使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。另外，一旦当前线程获得通知(notified，通常是另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程)，wait()函数也是自动调用 lck.lock()，使得lck的状态和 wait 函数被调用时相同。

在第二种情况下（即设置了 Predicate），只有当 pred 条件为false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞。因此第二种情况类似以下代码：

<code class="hljs perl">while (!pred()) wait(lck);</code>
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<code class="hljs cpp">#include <iostream>                // std::cout
#include <thread>                // std::thread, std::this_thread::yield
#include <mutex>                // std::mutex, std::unique_lock
#include <condition_variable>    // std::condition_variable
 
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
 
int cargo = 0;
bool shipment_available()
{
    return cargo != 0;
}
 
// 消费者线程.
void consume(int n)
{
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
        cv.wait(lck, shipment_available);
        std::cout << cargo << '\n';
        cargo = 0;
    }
}
 
int main()
{
    std::thread consumer_thread(consume, 10); // 消费者线程.
 
    // 主线程为生产者线程, 生产 10 个物品.
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        while (shipment_available())
            std::this_thread::yield();
        std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx);
        cargo = i + 1;
        cv.notify_one();
    }
 
    consumer_thread.join();
 
    return 0;
}</std::mutex></std::mutex></condition_variable></mutex></thread></iostream></code>

本文标签： 变量详解条件conditionvariable