C++ 标准库 `<condition_variable>`

在多线程编程中，线程间的同步是一个非常重要的问题。

C++11 标准引入了 <condition_variable> 头文件，它提供了一种机制，允许线程在某些条件不满足时挂起，直到其他线程通知它们条件已经满足。

condition_variable是用于线程间同步的一种高级工具，它比使用低级同步原语（如互斥锁和条件变量）更加安全和方便。

condition_variable是一个类模板，用于在多线程环境中实现线程间的同步。它允许一个或多个线程等待某个条件变为真，而其他线程可以唤醒这些等待的线程。

语法

以下是condition_variable的基本语法：

#include <condition_variable>

void notify_one() {
    // 唤醒一个等待的线程
}

void notify_all() {
    // 唤醒所有等待的线程
}

template <class Mutex>
class condition_variable {
public:
    condition_variable();
    ~condition_variable();

    void wait(unique_lock<mutex>& lock);
    void wait_for(unique_lock<mutex>& lock, chrono::duration<Rep, Period> const& rel_time);
    void wait_until(unique_lock<mutex>& lock, chrono::time_point<Clock, Duration> const& abs_time);

    void notify_one() noexcept;
    void notify_all() noexcept;
};

实例

下面是一个使用condition_variable的简单示例，展示了生产者-消费者问题的基本实现。

实例

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::queue<int> product;

void producer(int id) {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
product.push(id * 100 + i);
std::cout << "Producer " << id << " produced " << product.back() << std::endl;
cv.notify_one();
lck.unlock();
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}

void consumer(int id) {
while (true) {
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
cv.wait(lck, []{ return !product.empty(); });
if (!product.empty()) {
int prod = product.front();
product.pop();
std::cout << "Consumer " << id << " consumed " << prod << std::endl;
}
lck.unlock();
}
}

int main() {
std::thread producers[2];
std::thread consumers[2];

for (int i = 0; i < 2; ++i) {
producers[i] = std::thread(producer, i + 1);
}

for (int i = 0; i < 2; ++i) {
consumers[i] = std::thread(consumer, i + 1);
}

for (int i = 0; i < 2; ++i) {
producers[i].join();
consumers[i].join();
}

return 0;
}

这个程序的输出可能会有所不同，因为它依赖于线程调度。但是，你会看到生产者生产产品，然后消费者消费这些产品。输出将类似于：

Producer 1 produced 100
Producer 2 produced 200
Consumer 1 consumed 100
Producer 1 produced 101
Consumer 2 consumed 200
Producer 2 produced 201
Consumer 1 consumed 101
...

注意事项

使用condition_variable时，必须确保在等待之前获取互斥锁，并且在唤醒后释放互斥锁。
wait、wait_for和wait_until函数都会释放互斥锁，然后在等待期间重新获取它。
notify_one唤醒一个等待的线程，而notify_all唤醒所有等待的线程。

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