C++多线程：condition_variable

条件变量

类似于pthread库中的pthread_cond_*()提供的功能，C++ 11标准提供了两种表示条件变量的类，分别是condition_variable和condition_variable_any，定义在头文件<condition_variable>中

std::condition_variable

当std::condition_variable对象调用wait()时，会阻塞当前线程，直到该std::condition_variable对象被另一线程notify_*()唤醒

构造函数

• 默认构造
  condition_variable()
• 拷贝构造
  condition_variable(const condition_variable&)=delete
  被禁用，不可拷贝

如下使用条件变量阻塞当前线程

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

void print(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    cv.wait(lck);
    // ...
}

成员函数

1. std::condition_variable::wait()重载

• unconditional

  void wait(unique_lock<mutex>&);
  

  在调用wait()前，此时线程应该是加锁状态，因为wait()在阻塞线程时，会自动调用lck.unlock()释放锁，使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以执行
  当前线程被另一线程notify_*()唤醒时，则会自动调用lck.lock()加锁，使得lck状态和wait()被调用时相同
• predicate

  template<class Predition>
  void wait(unique_lock<mutex>&, Predition pred);
  

  仅在pred为false时，wait()才会阻塞当前线程
  当前线程被另一线程notify_*()唤醒时，仅在pred为true时才会解除阻塞
  类似于

  while(!pred){
    wait(lck);
  }
  

2. std::condition_variable::wait_for()重载

• unconditional

  template<class Rep, class Period>
  cv_status wait_for(unique_lock<std::mutex>&, const chrono::duration<Rep,Period>&)
  

  在当前线程被notify_*()唤醒前，或在指定时间段内，当前线程会处于阻塞状态
• predicate

  template<class Rep, class Period, class Predicate>
  cv_status wait_for(unique_lock<std::mutex>&, const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time, Predicate pred)
  

  仅在pred为false时，wait()才会阻塞当前线程
  当前线程被另一线程notify_*()唤醒时，仅在pred为true时才会解除阻塞
  类似于

  return wait_until(lck, chrono::steady_clock::now()+rel_time, std::move(pred));
  

3. std::condition_variable::wait_until()重载

• unconditional

  template<class Clock,class Duration>
  cv_status wait_until(unique_lock<mutex>&,const chrono::time_point<Clock,Duration>&)
  

  在当前线程被notify_*()唤醒前，或在指定时间点前，当前线程会处于阻塞状态
• predicate

  template<class Clock, class Duration, class Predicate>
  cv_status wait_until(unique_lock<mutex>&, const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time, Predicate pred)
  

  仅在pred为false时，wait()才会阻塞当前线程
  当前线程被另一线程notify_*()唤醒时，仅在pred为true时才会解除阻塞
  类似于

  while(!pred){
    if(wait_until(lck,abs_time)==cv_status::timeout){
        return pred;
    }
  }
  return true;
  

4. std::condition_variable::notify_one()
   唤醒某个等待wait线程，若有多个等待线程，则唤醒的线程是不确定的

5. std::condition_variable::notify_all()
   唤醒所有等待wait线程

std::condition_variable_any

与std::condition_variable不同的是，std::condition_variable_any的wait()可以接收任何lockable参数，如递归互斥锁、定时互斥锁等
而std::condition_variable的wait()仅可以接收std::unique_lock<std::mutex>类型

std::cv_status枚举类型

• cv_status::no_timeout
wait_for()或wait_until()未超时，即在规定时间段内线程收到notify_*()通知
• cv_status::timeout
wait_for()或wait_until()超时

辅助函数

std::notify_all_at_thread_exit()

函数原型

void std::notify_all_at_thread_exit(condition_variable& cond,unique_lock<std::mutex>);

当调用该函数的线程退出时，所有在cond条件变量上等待的线程都会收到通知

示例如下：

#include <iostream>
#include <thread>             // std::thread
#include <mutex>              // std::mutex, std::unique_lock
#include <condition_variable> // std::condition_variable_any

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

void print_id(int id) {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  while(!ready){
    cv.wait(lck);
  }
  std::cout << "thread id:" << id << std::endl;
}

void go() {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  std::notify_all_at_thread_exit(cv, std::move(lck));
  ready= true;
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i){
        threads[i] = std::thread(print_id, i);
    }
    std::cout<< "10 threads ready to race..."<<std::endl;

    std::thread(go).detach();

    for (auto& th : threads) {
        th.join();
    }
    return 0;
}

通知丢失

虚假唤醒