C++如何使用条件变量（condition_variable）？（线程同步）

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发布时间：2025-12-29 17:24:03

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条件变量是C++中实现线程等待-通知机制的核心工具，需与互斥锁配合使用，通过wait/notify配合共享条件变量解决线程同步问题，典型应用为生产者-消费者模型。

c++如何使用条件变量（condition_variable）？（线程同步）

条件变量（std::condition_variable）是 C++ 中实现线程间**等待-通知**机制的核心工具，常与互斥锁（std::mutex）配合使用，解决“某个线程需等待某条件成立后再继续执行”的问题。它本身不带状态，不能单独使用，必须搭配一个共享的布尔条件（通常用 std::atomic 或受保护的普通变量）。

基本用法：wait + notify_one/notify_all

核心流程是：等待线程先加锁，检查条件；若不满足，调用 wait() 原子地释放锁并挂起；另一线程修改条件后，调用 notify_one() 或 notify_all() 唤醒等待者。

wait() 必须在已持有 mutex 的前提下调用，否则行为未定义
推荐用带谓词的 wait 版本：cv.wait(lock, []{ return condition; });，它自动处理“虚假唤醒”（spurious wakeup），避免手动循环检查
notify_one() 唤醒一个等待线程，notify_all() 唤醒所有，按需选择（如生产者-消费者中单个产品一般用 notify_one）

典型场景：生产者-消费者模型

这是最常用的例子：一个或多个线程往队列里放数据（生产者），另一个或多个线程从中取数据（消费者）。队列为空时，消费者应等待；队列为满时，生产者应等待（若有限长）。

共享数据（如 std::queue）必须由 std::mutex 保护
空/满状态用条件变量分别控制：not_empty_cv 和 not_full_cv（或只用一个，靠条件判断）
消费者等待：先 lock → 检查队列非空 → wait(not_empty_cv, 非空条件) → 取出元素 → unlock
生产者通知：lock → 放入元素 → not_empty_cv.notify_one() → unlock

注意事项和常见陷阱

条件变量容易因细节出错，以下几点务必留意：

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永远不要对同一个 condition_variable 在不同 mutex 上 wait：每个 wait() 调用必须对应同一个 std::unique_lock<:mutex>
notify 应在修改共享状态后、释放锁前发出（即 notify 和状态更新要在同一临界区内），否则可能唤醒过早，导致等待线程再次检查失败
避免在析构活跃的 condition_variable 前还有线程在 wait：确保所有等待线程已退出或被唤醒，否则程序可能崩溃
不用 std::lock_guard 配合 wait()：因为 wait() 需要能临时释放并重新获取锁，只能用 std::unique_lock

简单可运行示例（单生产者-单消费者）

以下代码片段展示基础用法（省略头文件和命名空间）：

std::mutex mtx;
std::queue q;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

// 消费者线程
auto consumer = [&]{
    std::unique_lock lock(mtx);
    cv.wait(lock, [&]{ return !q.empty() || ready; });
    if (!q.empty()) {
        int val = q.front(); q.pop();
        std::cout << "Consumed: " << val << "\n";
    }
};

// 生产者线程
auto producer = [&]{
    std::this_thread::sleep_for(100ms);
    std::unique_lock lock(mtx);
    q.push(42);
    ready = true;
    cv.notify_one(); // 通知消费者
};

注意：真实项目中建议用 std::atomic_bool 替代普通 bool，并封装成线程安全队列类，避免裸写同步逻辑。

基本上就这些。条件变量不是万能锁，但它让线程协作更精确——不忙等、不抢锁、只在真正需要时才醒来。

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