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c++怎么使用条件变量std::condition_variable_c++多线程条件变量用法

冰火之心

冰火之心

发布时间:2025-11-05 20:35:02

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来源于php中文网

原创

std::condition_variable需与std::unique_lock配合使用,通过wait()等待条件并释放锁,由notify_one()或notify_all()唤醒线程,常用于生产者-消费者模型,需用谓词避免虚假唤醒,确保线程安全同步。

c++怎么使用条件变量std::condition_variable_c++多线程条件变量用法

在C++多线程编程中,std::condition_variable 是一个重要的同步机制,用于在线程之间协调“等待-通知”操作。它通常与 std::unique_lock<:mutex> 配合使用,让某个线程等待特定条件成立,而另一个线程在条件达成时发出通知。

基本用法:等待与唤醒

std::condition_variable 的核心是两个方法:wait()notify_one()notify_all()

典型使用场景包括生产者-消费者模型、任务队列等。下面是一个简单的例子:

#include 
#include 
#include 
#include 

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

void worker_thread() {
    std::unique_lock lock(mtx);
    // 等待直到 ready 为 true
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
    std::cout << "工作线程开始执行任务\n";
}

void main_thread() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one(); // 唤醒一个等待的线程
}

int main() {
    std::thread t1(worker_thread);
    std::thread t2(main_thread);

    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

关键点说明

  • 必须配合互斥锁使用:condition_variable 的 wait 操作需要传入 unique_lock,不能单独使用。
  • wait 会自动释放锁:调用 wait 时,线程释放锁并进入阻塞状态;被唤醒后重新获取锁再继续执行。
  • 使用 lambda 判断条件:推荐在 wait 第二个参数传入谓词(如 []{return ready;}),避免虚假唤醒导致的问题。
  • notify_one vs notify_all:notify_one() 唤醒一个等待线程,notify_all() 唤醒所有等待线程,根据场景选择。

生产者-消费者示例

更实用的例子:多个线程处理任务队列。

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#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue tasks;
std::mutex task_mutex;
std::condition_variable task_cv;
bool finished = false;

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock lock(task_mutex);
        // 等待任务或结束信号
        task_cv.wait(lock, []{ return !tasks.empty() || finished; });

        if (finished && tasks.empty()) {
            lock.unlock();
            break;
        }

        int task = tasks.front();
        tasks.pop();
        lock.unlock();

        std::cout << "处理任务: " << task << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void producer() {
    for (int i = 1; i <= 5; ++i) {
        {
            std::lock_guard lock(task_mutex);
            tasks.push(i);
        }
        task_cv.notify_one();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
    }

    {
        std::lock_guard lock(task_mutex);
        finished = true;
    }
    task_cv.notify_all(); // 唤醒所有消费者结束
}

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

    p.join();
    c.join();
    return 0;
}

基本上就这些。掌握 condition_variable 的关键是理解它和互斥锁的协作方式,以及如何安全地传递状态变化。只要注意加锁、使用谓词等待、及时通知,就能写出可靠的多线程代码。

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