c++如何使用条件变量std::condition_variable_c++线程同步条件变量用法

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发布时间：2025-10-26 16:02:01

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std::condition_variable用于线程同步，配合mutex和锁实现条件等待。生产者-消费者模型中，生产者添加数据并通知，消费者等待数据就绪或结束信号，通过wait()与notify_one()/all()协作，避免虚假唤醒需使用谓词形式，确保共享状态安全访问。

c++如何使用条件变量std::condition_variable_c++线程同步条件变量用法

在C++多线程编程中，std::condition_variable 是一种重要的同步机制，用于在线程之间协调执行顺序。它通常与 std::unique_lock<:mutex> 配合使用，实现“等待某个条件成立”的逻辑。

基本概念：条件变量的作用

条件变量允许一个或多个线程挂起（等待），直到接收到另一个线程的通知。这适用于生产者-消费者模型、任务队列等场景。

关键组件：

std::condition_variable：提供 wait()、notify_one() 和 notify_all() 方法。
std::mutex 和 std::unique_lock：保护共享数据，并在等待时安全地释放锁。
共享的条件判断：比如队列非空、标志位为 true 等。

基本用法示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的例子，演示如何使用 std::condition_variable 实现两个线程间的协作：

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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 << '\n';
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 唤醒一个等待的消费者
    }

    {
        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);

        // 条件等待：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 << '\n';
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            break;
        }

        lock.unlock();
    }
    std::cout << "Consumer exiting.\n";
}

主函数启动线程：

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

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

    return 0;
}

wait() 的正确使用方式

cv.wait(lock, predicate) 是推荐写法，其中 predicate 是一个返回 bool 的 lambda 表达式。它等价于：

while (!predicate()) {
    cv.wait(lock);
}

这种方式避免了虚假唤醒（spurious wakeups）带来的问题，确保只有当条件真正满足时才继续执行。

如果不使用谓词形式，必须手动检查条件并处理循环等待：

while (data_queue.empty() && !finished) {
    cv.wait(lock);
}

notify_one() vs notify_all()

notify_one()：唤醒一个等待的线程，适合只有一个消费者的情况。
notify_all()：唤醒所有等待线程，适合广播事件（如关闭信号），但可能带来性能开销。

注意：调用 notify 不需要持有锁，但为了可读性和避免竞争，有时在解锁前调用更安全。

基本上就这些。掌握条件变量的关键是理解“保护共享状态 + 等待条件 + 发出通知”这一模式。不复杂但容易忽略细节，比如忘记加锁或遗漏条件判断。

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