C++ condition_variable条件变量详解_C++线程同步与等待机制

admin 百科 2025-12-15 12

condition_variable用于线程同步，配合mutex实现等待-通知机制，避免轮询。线程调用wait时释放锁并阻塞，直到notify唤醒；推荐使用带谓词的wait防止虚假唤醒。notify_one唤醒一个线程，notify_all唤醒所有，适用于生产者-消费者等场景。

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在C++多线程编程中，condition_variable 是实现线程同步与等待机制的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用于让一个或多个线程等待某个特定条件成立后再继续执行。这种机制避免了轮询资源状态带来的性能浪费，提高了程序效率和响应性。

condition_variable 的基本概念

condition_variable（条件变量）本身并不存储状态，它只是一个通知机制。线程通过调用其 wait() 方法进入阻塞状态，直到其他线程调用 notify_one() 或 notify_all() 唤醒它。

关键点：

必须配合 std::unique_lock<:mutex> 使用，不能单独使用普通锁。
wait 操作会自动释放锁，并在被唤醒后重新获取锁。
常用于生产者-消费者模型、任务队列等场景。

基本用法示例

以下是一个典型的生产者-消费者例子，展示 condition_variable 如何协调线程间通信：

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::queue<int> 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::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            data_queue.push(i);
            std::cout << "Produced: " << i << "\n";
        }
        cv.notify_one(); // 通知一个等待的消费者
    }
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_one();
}

void consumer() {
    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; });

        if (!data_queue.empty()) {
            int value = data_queue.front();
            data_queue.pop();
            std::cout << "Consumed: " << value << "\n";
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            std::cout << "No more data. Exiting.\n";
            break;
        }
        // 自动释放锁并继续循环
    }
}

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在这个例子中，消费者线程调用 cv.wait() 时会被挂起，直到生产者添加数据并调用 notify_one()。wait 内部使用 lambda 判断条件是否满足，只有当条件为假时才真正阻塞。

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