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c++ condition_variable怎么用 c++线程同步与通信【实例】

尼克

尼克

发布时间:2025-12-24 12:49:09

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来源于php中文网

原创

condition_variable是C++11引入的线程同步工具,需配合mutex和unique_lock使用,通过wait/notify机制实现条件等待,避免虚假唤醒,典型应用为生产者-消费者模型。

c++ condition_variable怎么用 c++线程同步与通信【实例】

condition_variable 是 C++11 引入的线程同步工具,用于在线程间传递“条件满足”的信号,常配合 std::mutexstd::unique_lock 使用。它本身不带状态,不能单独使用,必须和一个共享的布尔条件(比如队列非空、资源就绪)配合,实现“等待某条件成立”这一逻辑。

核心用法:wait + notify 的配对模式

基本流程是:

  • 一个或多个线程调用 cond_var.wait(lock, predicate) —— 自动释放锁、挂起等待,并在被唤醒后重新加锁;
  • 另一个线程修改共享状态后,调用 cond_var.notify_one()cond_var.notify_all() 唤醒等待者;
  • 被唤醒的线程会重新检查谓词(predicate),只有为 true 才继续执行,避免虚假唤醒。

注意:wait 的谓词必须是可调用对象(lambda、函数指针、函数对象),返回 bool;推荐用 lambda 捕获共享变量,确保检查的是最新状态。

生产者-消费者模型(有界队列)

这是最典型的使用场景:一个线程往队列放数据(生产者),另一个线程取数据(消费者),需协调“队列空”和“队列满”两个条件。

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示例关键代码片段:

std::queue data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv_not_empty, cv_not_full;
const size_t MAX_SIZE = 5;

// 消费者
void consumer() {
    std::unique_lock<:mutex> lock(mtx);
    cv_not_empty.wait(lock, [&]{ return !data_queue.empty(); }); // 等非空
    int val = data_queue.front();
    data_queue.pop();
    lock.unlock();

    // 处理 val...
    
    // 通知生产者:可能有空间了
    cv_not_full.notify_one();
}

// 生产者
void producer(int val) {
    std::unique_lock<:mutex> lock(mtx);
    cv_not_full.wait(lock, [&]{ return data_queue.size() 

常见陷阱与注意事项

  • 必须用 unique_lock:condition_variable 的 wait 只接受 std::unique_lock<:mutex>,不能用 std::lock_guard
  • 永远用带谓词的 wait:避免虚假唤醒(spurious wakeup),不要写 wait(lock); 后手动检查;
  • notify 不保证立即唤醒:notify 调用后,等待线程可能稍后才被调度,且 notify 与 wait 无顺序依赖 —— 先 notify 后 wait 可能丢失信号(所以要用 while 循环+谓词);
  • notify 应在锁内还是锁外? 通常锁外更高效(减少临界区时间),但需确保 notify 时共享状态已更新完毕;
  • 多个 condition_variable 可共用一把 mutex:如上例中 cv_not_emptycv_not_full 都用同一个 mtx

替代方案与补充说明

如果只是简单地等某个标志位变为 true,也可考虑 std::atomic + std::this_thread::yield(),但属于忙等,不推荐;而 condition_variable 是真正的阻塞等待,系统级休眠,更省资源。

C++20 新增了 std::counting_semaphorestd::latch/std::barrier,适用于更特定的同步模式,但 condition_variable 仍是通用条件等待的主力工具。

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