c++如何使用条件变量condition_variable_c++线程通信教程【实战】

std::condition_variable必须与std::unique_lock配对使用，因wait需临时释放并重获锁；须用while循环检测条件防虚假唤醒；notify应在状态更新后调用且避免锁内执行；销毁前须确保无线程在wait。

condition_variable 必须和 unique_lock 一起用

单独声明 std::condition_variable 没有意义，它不管理互斥状态，只负责挂起/唤醒线程。你必须配对使用 std::unique_lock<:mutex> ——不是 std::lock_guard，也不是 std::shared_lock，更不能裸传 std::mutex。

常见错误是写成：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
// 错误：lock_guard 作用域一结束就 unlock，cv.wait 会直接抛 std::system_error
std::lock_guard lk(mtx);
cv.wait(lk, []{ return ready; });

正确写法是让锁的生命周期覆盖整个 wait 调用：

std::unique_lock lk(mtx);
cv.wait(lk, []{ return ready; }); // lk 在 wait 返回前始终持有（或被临时释放）

• wait 内部会自动 unlock() 当前线程的锁，进入等待；被唤醒后重新 lock()
• 用 unique_lock 是因为它支持手动 unlock() 和转移所有权，lock_guard 不支持
• 别在 wait 的谓词里做耗时操作，否则阻塞锁时间过长，影响其他线程

虚假唤醒（spurious wakeup）必须用 while 循环检查条件

cv.wait 可能在没有 notify 的情况下返回，这是 POSIX 和 C++ 标准允许的行为。直接用 if 判断会导致逻辑错乱，比如生产者还没写数据，消费者就继续往下读了。

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std::unique_lock lk(mtx);
while (!ready) {  // 注意：是 while，不是 if
    cv.wait(lk);
}
// 此时 ready 为 true，且 lk 已重新加锁

• 即使没被 notify，wait 也可能返回，所以必须循环重检条件变量所依赖的状态
• 谓词形式 cv.wait(lk, []{ return ready; }) 内部也是 while 循环实现，安全但隐藏了细节
• 如果你在 wait 里修改了共享状态（比如 pop 队列），记得把修改逻辑也放进循环体，避免多线程竞争导致状态不一致

notify_one 和 notify_all 的选择影响性能和正确性

两者都只是“发信号”，不保证线程立即执行，也不保证唤醒顺序。区别在于：

• notify_one 唤醒一个在 wait 的线程（通常是等待最久的那个），适合“一对一”场景，比如单生产者-单消费者模型
• notify_all 唤醒所有 wait 线程，适合“一对多”或条件存在竞争的情况，比如多个线程等同一个资源就绪，但只有一个能抢到

典型陷阱：

// 错误：用 notify_one，但有多个消费者在等同一份数据
// 生产者：
data = 42;
ready = true;
cv.notify_one(); // 只唤醒一个，其余永远卡住

// 正确：如果多个线程可能同时依赖 ready == true，用 notify_all
cv.notify_all();

• 不要在持有锁期间调用 notify（虽然语法允许），它不需锁保护，提前 unlock 可减少锁争用
• notify 调用位置很重要：必须在修改完共享状态（如 ready = true）之后、且该状态对等待线程可见之后再调用
• notify 不会“保存”，如果调用时没有线程在 wait，信号就丢了 —— 所以状态变更和 notify 必须配套，不能靠 notify “触发”状态

condition_variable 不能跨线程销毁

如果还有线程在 wait，此时析构 std::condition_variable 会导致未定义行为（通常 crash 或 hang）。C++11 标准明确要求：销毁前确保没有线程处于 wait 状态。

安全做法是配合标志位 + join：

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

// 消费者线程
auto consumer = [&]() {
    std::unique_lock lk(mtx);
    while (!done) {
        cv.wait(lk, [&]{ return ready || done; });
        if (done) break;
        // 处理数据...
        ready = false;
    }
};

// 主线程准备退出
{
    std::unique_lock lk(mtx);
    done = true;
    cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程，让它们检查 done
}
consumer_thread.join(); // 等它退出后再析构 cv 和 mtx

• 永远不要在析构 mutex 或 condition_variable 前忽略仍在运行的 wait 线程
• 使用 done 这类退出标志 + notify_all 是最稳妥的协作终止方式
• 别依赖 std::thread::detach()，分离线程后无法 join，也就无法确认 wait 是否已退出