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c++怎么使用条件变量condition_variable_c++条件变量同步机制详解

穿越時空
发布: 2025-10-20 11:50:01
原创
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条件变量需与互斥锁配合使用,实现线程同步。①包含头文件<condition_variable>并定义std::condition_variable与std::mutex。②等待线程通过wait(lock, predicate)阻塞,避免虚假唤醒。③通知线程修改共享数据后调用notify_one()或notify_all()唤醒等待线程。④生产者-消费者模型示例展示了队列操作与条件变量协同机制。⑤关键点:始终在循环中检查条件、确保通知前已更新数据并释放锁、根据场景选择唤醒方式。正确使用可有效解决多线程同步问题。

c++怎么使用条件变量condition_variable_c++条件变量同步机制详解

在C++多线程编程中,条件变量std::condition_variable)是实现线程间同步的重要工具之一。它通常与互斥锁(std::mutex)配合使用,用于阻塞一个或多个线程,直到某个特定条件成立。这种机制非常适合生产者-消费者模型、任务队列等场景。

条件变量的基本组成

C++中的条件变量定义在 <condition_variable> 头文件中,主要涉及以下两个类:

  • std::condition_variable:需要与 std::mutex 配合使用。
  • std::condition_variable_any:更通用,可与任意满足锁概念的互斥量使用,但性能略低。

常用成员函数包括:

  • wait(lock):释放锁并阻塞线程,直到被唤醒。
  • wait(lock, predicate):带条件判断的等待,避免虚假唤醒。
  • notify_one():唤醒一个等待的线程。
  • notify_all():唤醒所有等待的线程。

基本使用步骤

使用条件变量的标准流程如下:

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  • 创建一个互斥量和一个条件变量。
  • 在等待线程中,获取锁,然后调用 condition_variable.wait() 等待条件。
  • 在通知线程中,修改共享数据,加锁后调用 notify_one()notify_all()
  • 始终在循环中检查条件,防止虚假唤醒。

示例:生产者-消费者模型

下面是一个简单的生产者-消费者示例,展示如何使用条件变量进行线程同步:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

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

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "生产: " << i << "\n";
        cv.notify_one(); // 通知消费者
    }
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        finished = true;
        cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> 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; // 结束消费
        }
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 通知生产者可以继续生产(如果需要)
    }
}
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主函数启动线程:

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

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

    return 0;
}
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关键注意事项

使用条件变量时需注意以下几点:

  • 必须配合互斥量使用:wait会自动释放并重新获取锁。
  • 使用lambda表达式作为谓词:避免虚假唤醒导致逻辑错误。
  • notify后数据状态已变:确保在通知前已修改共享数据并释放锁。
  • 选择notify_one还是notify_all:根据是否有多个等待者决定。

基本上就这些。条件变量是C++并发编程的核心工具之一,理解其工作原理和正确使用方式,能有效解决线程同步问题。不复杂但容易忽略细节,比如忘记加锁或遗漏循环判断,都会导致程序出错。

以上就是c++++怎么使用条件变量condition_variable_c++条件变量同步机制详解的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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