condition_variable 条件变量

在C++中，condition_variable是一种多线程同步机制，它允许一个或多个线程等待另一个线程发出通知，以便能够有效地进行线程同步¹。condition_variable是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待condition_variable的条件成立而挂起;另一个线程使条件成立（给出条件成立信号）²。

condition_variable的使用总是和一个互斥量结合在一起。它位于头文件<condition_variable>下，包括condition_variable和condition_variable_any两种类型²。两者都能与std::mutex一起使用。不同点在于，前者仅限于与 std::mutex 一起工作，而后者可以和任何满足最低标准的互斥量一起工作，从而加上了_any的后缀。condition_variable_any会产生额外的开销，一般只推荐使用condition_variable²。

condition_variable提供了两类操作：wait和notify³。这两类操作构成了多线程同步的基础。wait函数有两种重载，一种只包含unique_lock对象，另外一个包含Predicate对象（等待条件）。notify_one函数解锁正在等待当前条件的线程中的一个，如果没有线程在等待，则函数不执行任何操作。如果正在等待的线程多于一个，则唤醒的线程是不确定的³。

以下是一个使用condition_variable的示例²：

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

std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool ready = false;
bool processed = false;

void worker_thread() {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    cv.wait(lk, [] {return ready;});
    std::cout << "Worker thread is processing data\\n";
    data += " after processing";
    processed = true;
    std::cout << "Worker thread signals data processing completed\\n";
    lk.unlock();
    cv.notify_one();
}

int main() {
    std::thread worker(worker_thread);
    data = "Example data";
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
        ready = true;
        std::cout << "main() signals data ready for processing\\n";
    }
    cv.notify_one();
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
        cv.wait(lk, [] {return processed;});
    }
    std::cout << "Back in main(), data = " << data << '\\n';
    worker.join();
}

在以上的代码中，子线程先对互斥量进行加锁，在main()函数中，主线程堵塞在对互斥量的加锁这里。子进程的中wait函数对互斥量进行解锁，同时线程进入阻塞或者等待状态²。

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable 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 << '\\n';
}

void go() {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_one();
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_id, i);
    go();
    for (auto& th : threads) th.join();
    return 0;
}