C++怎么使用条件变量condition_variable_C++线程同步与condition_variable使用

condition_variable用于线程同步，配合mutex实现等待-通知机制。线程调用wait阻塞自身，直到其他线程调用notify_one或notify_all唤醒；因存在虚假唤醒，需在循环中检查条件谓词。典型步骤包括：定义condition_variable、mutex和共享条件变量；等待线程使用unique_lock加锁并调用wait等待条件满足；通知线程修改条件后调用notify唤醒等待线程。示例为生产者-消费者模型：生产者向队列添加数据并通知，消费者等待队列非空后消费，生产结束后设置finished标志并通知退出。关键点：wait的谓词参数防止虚假唤醒；notify无需持锁但应在修改共享数据后调用以保证可见性；notify_one适用于单线程唤醒，notify_all用于广播但有性能开销。正确使用可避免忙等待，提升效率。

在C++多线程编程中，condition_variable 是实现线程间同步的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用于在线程之间传递状态变化的通知，比如一个线程等待某个条件成立，另一个线程在完成任务后通知等待的线程继续执行。

condition_variable 的基本原理

condition_variable 本身不保存状态，它只是一个等待和唤醒机制。线程通过调用 wait() 方法阻塞自己，直到其他线程调用 notify_one() 或 notify_all() 来唤醒它。由于条件可能被虚假唤醒（spurious wakeup），所以等待时必须配合一个循环检查实际条件是否满足。

标准做法是使用 std::unique_lock<:mutex> 作为锁对象传入 wait 函数，因为 wait 会自动释放锁并在被唤醒后重新获取锁，避免死锁或竞争。

基本使用步骤

代码示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的例子，演示两个线程如何通过 condition_variable 同步：

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#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 << "Produced: " << i << std::endl;
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 通知消费者
    }

    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_one(); // 通知消费者生产结束
}

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 << "Consumed: " << value << std::endl;
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            std::cout << "Consumer exiting." << std::endl;
            break;
        }

        lock.unlock();
    }
}

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

    p.join();
    c.join();

    return 0;
}

关键点说明

wait() 的第二个参数是谓词（predicate），这是推荐写法。它等价于：

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这样可以防止虚假唤醒导致逻辑错误。

notify_one() 唤醒一个等待线程，适合一对一通信；notify_all() 唤醒所有等待线程，适用于广播场景，但可能带来性能开销。

注意：notify 操作不需要持有锁，但为了确保可见性，通常在修改共享数据并释放锁之后调用。

基本上就这些。合理使用 condition_variable 能有效协调线程执行顺序，避免忙等待，提升程序效率和响应性。