std::condition_variable用于线程同步，需与std::mutex配合使用，通过wait阻塞线程、notify唤醒线程，适用于生产者-消费者等场景，使用时应结合谓词防止虚假唤醒。
在c++多线程编程中，std::condition_variable 是用于线程间同步的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用来阻塞一个或多个线程，直到某个条件成立才被唤醒继续执行。
1. 基本原理和使用场景
std::condition_variable 本身不保存状态，它的作用是让线程等待某个“条件”为真。当条件未满足时，线程调用 wait() 进入阻塞；当其他线程改变了共享数据并通知时，等待的线程被唤醒并重新检查条件。
典型使用场景包括：
- 生产者-消费者模型
- 任务队列的线程池
- 等待异步操作完成
2. 核心成员函数说明
常用方法：
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- wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock)：释放锁并阻塞线程，直到被 notify 唤醒
- wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred)：带条件判断的 wait，更安全
- notify_one()：唤醒一个等待线程
- notify_all()：唤醒所有等待线程
3. 使用示例：生产者-消费者模型
下面是一个完整的 C++ 示例，演示如何使用 std::condition_variable 实现线程同步：
#include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> #include <queue> #include <chrono> std::queue<int> data_queue; std::mutex mtx; std::condition_variable cv; bool finished = false; // 生产者函数 void producer() { for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); data_queue.push(i); std::cout << "生产: " << i << "n"; lock.unlock(); cv.notify_one(); // 通知一个消费者 } // 生产结束 { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); finished = true; } cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程 } // 消费者函数 void consumer(int id) { 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; }); // 处理剩余数据 if (!data_queue.empty()) { int value = data_queue.front(); data_queue.pop(); std::cout << "消费者 " << id << " 消费: " << value << "n"; } // 如果已完成且无数据，退出 if (finished && data_queue.empty()) { break; } lock.unlock(); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50)); // 模拟处理时间 } std::cout << "消费者 " << id << " 结束。n"; } int main() { std::thread p(producer); std::thread c1(consumer, 1); std::thread c2(consumer, 2); p.join(); c1.join(); c2.join(); return 0; }
4. 关键注意事项
使用 std::condition_variable 时需要注意以下几点：
- 必须配合 std::unique_lock<std::mutex> 使用，不能用 lock_guard
- wait 调用会自动释放锁，唤醒后会重新获取锁
- 建议使用带谓词（predicate）的 wait 形式，防止虚假唤醒导致问题
- 每次修改共享数据后，记得调用 notify_one 或 notify_all
基本上就这些。掌握 condition_variable 对编写健壮的多线程程序非常关键，尤其是在需要等待特定条件发生的场景下。