c++中条件变量condition_variable怎么用_condition_variable实现线程同步

尼克

发布时间：2025-10-09 14:00:07

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std::condition_variable需与std::mutex配合使用，通过wait、notify_one、notify_all实现线程同步，在生产者-消费者模型中避免虚假唤醒并高效协作。

c++中条件变量condition_variable怎么用_condition_variable实现线程同步

在C++中，std::condition_variable 是实现线程同步的重要工具之一，常用于线程间的协作。它通常与 std::mutex 配合使用，用来阻塞一个或多个线程，直到某个条件成立才被唤醒。

condition_variable 的基本用法

condition_variable 本身不能独立使用，必须和互斥锁（std::unique_lock<:mutex>）一起工作。主要成员函数包括：

wait(lock, predicate)：释放锁并等待被通知。当被唤醒时，重新获取锁并检查条件（predicate）。如果条件不满足，继续等待。
notify_one()：唤醒一个正在等待的线程。
notify_all()：唤醒所有等待的线程。

典型场景是“生产者-消费者”模型，下面是一个简单示例：

#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(); // 通知消费者
    }
    {
        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; // 任务完成
        }
        lock.unlock();
    }
    std::cout << "消费者退出\n";
}

在 main 函数中启动线程：

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

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

    return 0;
}

为什么 wait 要传入 lambda 条件？

wait 的第二个参数是一个谓词（predicate），它的作用是防止虚假唤醒（spurious wakeups）。即使没有调用 notify，操作系统也可能让线程意外醒来。通过判断条件是否真正满足，可以避免错误处理。

写成 cv.wait(lock, []{ return !data_queue.empty(); }); 比单独判断更安全。

notify_one 和 notify_all 的选择

如果只有一个线程在等待（如单一消费者），用 notify_one 即可。
如果有多个等待线程，且需要全部响应（如广播状态变更），则使用 notify_all。
注意：notify 不会立即切换线程，只是解除阻塞，实际执行顺序依赖调度器。

基本上就这些。合理使用 condition_variable 可以高效地协调线程间的工作，避免轮询浪费资源。关键是配合 mutex 使用，并始终在 wait 中检查条件。

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