std::condition_variable用于线程同步，需与std::mutex配合使用，通过wait阻塞线程、notify唤醒线程，适用于生产者-消费者等场景，使用时应结合谓词防止虚假唤醒。
在C++多线程编程中，std::condition_variable 是用于线程间同步的重要工具之一。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继续执行。
1. 基本原理和使用场景
std::condition_variable 本身不保存状态，它的作用是让线程等待某个“条件”为真。当条件未满足时，线程调用 wait() 进入阻塞；当其他线程改变了共享数据并通知时，等待的线程被唤醒并重新检查条件。
典型使用场景包括：
- 生产者-消费者模型
- 任务队列的线程池
- 等待异步操作完成
2. 核心成员函数说明
常用方法：
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- wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock)：释放锁并阻塞线程，直到被 notify 唤醒
- wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred)：带条件判断的 wait，更安全
- notify_one()：唤醒一个等待线程
- notify_all()：唤醒所有等待线程
3. 使用示例：生产者-消费者模型
下面是一个完整的 C++ 示例，演示如何使用 std::condition_variable 实现线程同步：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
#include <chrono>
std::queue<int> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;
// 生产者函数
void producer() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
data_queue.push(i);
std::cout << "生产: " << i << "\n";
lock.unlock();
cv.notify_one(); // 通知一个消费者
}
// 生产结束
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
finished = true;
}
cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程
}
// 消费者函数
void consumer(int id) {
while (true) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待条件：队列非空 或 生产结束
cv.wait(lock, [] {
return !data_queue.empty() || finished;
});
// 处理剩余数据
if (!data_queue.empty()) {
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
std::cout << "消费者 " << id << " 消费: " << value << "\n";
}
// 如果已完成且无数据，退出
if (finished && data_queue.empty()) {
break;
}
lock.unlock();
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50)); // 模拟处理时间
}
std::cout << "消费者 " << id << " 结束。\n";
}
int main() {
std::thread p(producer);
std::thread c1(consumer, 1);
std::thread c2(consumer, 2);
p.join();
c1.join();
c2.join();
return 0;
}
4. 关键注意事项
使用 std::condition_variable 时需要注意以下几点：
- 必须配合 std::unique_lock<std::mutex> 使用，不能用 lock_guard
- wait 调用会自动释放锁，唤醒后会重新获取锁
- 建议使用带谓词（predicate）的 wait 形式，防止虚假唤醒导致问题
- 每次修改共享数据后，记得调用 notify_one 或 notify_all
基本上就这些。掌握 condition_variable 对编写健壮的多线程程序非常关键，尤其是在需要等待特定条件发生的场景下。
