c++怎么使用条件变量condition_variable_条件变量使用详解

冰火之心

发布时间：2025-09-29 15:51:02

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原创

条件变量是C++中用于线程同步的机制，配合互斥锁实现线程间通信。它通过wait、notify_one、notify_all方法协调线程，避免忙等。在生产者-消费者示例中，生产者入队数据后通知消费者，消费者在条件不满足时等待，被唤醒后检查队列是否非空或结束标志。使用lambda谓词防止虚假唤醒，必须用unique_lock以支持锁的释放与重获。notify_one唤醒一个等待线程，适用于单任务处理；notify_all唤醒所有线程，确保多个消费者能响应状态变化。关键注意事项包括：必须在锁保护下修改共享数据、及时调用notify避免死等、防止析构时仍有线程等待。正确使用条件变量可提升多线程程序效率与安全性。

c++怎么使用条件变量condition_variable_条件变量使用详解

在C++多线程编程中，condition_variable 是一个非常重要的同步机制，常用于线程间的通信。它通常配合 std::mutex 使用，用来阻塞一个或多个线程，直到某个条件成立才被唤醒。

什么是条件变量？

条件变量（condition_variable）是标准库中的一个类，定义在 condition_variable 头文件中。它的主要作用是允许线程在某个条件不满足时进入等待状态，直到其他线程修改了共享数据并通知它。

使用条件变量可以避免忙等（busy-waiting），提高程序效率和响应性。

基本用法：wait、notify_one、notify_all

条件变量的核心方法有三个：

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wait(lock, predicate)：线程在条件不满足时挂起，释放锁；当被唤醒后重新获取锁并检查条件。
notify_one()：唤醒一个正在等待的线程。
notify_all()：唤醒所有等待的线程。

下面是一个典型的生产者-消费者模型示例，展示如何使用条件变量：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        std::unique_lock lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "生产: " << i << "\n";
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 唤醒一个消费者
    }
    {
        std::unique_lock lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        // 等待队列非空或生产结束
        cv.wait(lock, [] { return !data_queue.empty() || finished; });

        if (!data_queue.empty()) {
            int value = data_queue.front();
            data_queue.pop();
            std::cout << "消费: " << value << "\n";
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            break; // 结束循环
        }
        lock.unlock();
    }
    std::cout << "消费者退出\n";
}

int main() {
    std::thread p(producer);
    std::thread c1(consumer);
    std::thread c2(consumer);

    p.join();
    c1.join();
    c2.join();

    return 0;
}

关键点说明

为什么 wait 要传入 lambda 表达式？

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wait 的第二个参数是一个谓词（predicate），它会在线程被唤醒后自动检查条件是否成立。如果条件仍为假，线程会继续等待。这能有效防止虚假唤醒（spurious wakeups）导致的问题。

为什么必须使用 unique_lock？

因为 condition_variable::wait() 内部需要释放和重新获取锁，只有 std::unique_lock 支持这种灵活的操作，std::lock_guard 不行。

notify_one 和 notify_all 的区别？

当你只有一个等待线程或者只需要唤醒一个线程处理任务时，用 notify_one 更高效。如果有多个消费者线程且可能都需要检查条件，使用 notify_all 更安全。

常见陷阱与注意事项

忘记调用 notify，导致线程永远等待。
没有在锁保护下修改共享变量，造成竞态条件。
使用普通 while 循环加 wait 但未加谓词，容易受虚假唤醒影响。
在析构时仍有线程处于等待状态，可能导致未定义行为。

基本上就这些。合理使用 condition_variable 可以写出高效、安全的多线程程序。关键是配对好 wait 和 notify，并始终在互斥锁保护下操作共享数据。

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