C++11 condition_variable条件变量怎么使用

2023-07-02 17:07:07 845人浏览安东尼

摘要

今天小编给大家分享一下c++11 condition_variable条件变量怎么使用的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们

今天小编给大家分享一下c++11 condition_variable条件变量怎么使用的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。

1 什么是条件变量

condition_variable是一个类，常和mutex搭配使用。

condition_variable类是一个同步原语，可用于阻塞一个线程或同时阻止多个线程，直到另一个线程修改共享变量并通知condition_variable。

防止多线程场景下，共享变量混乱。

理解条件变量要先理解三个概念：

锁（锁住共享变量，线程独占）
wait 等待 (等待通知条件变量，变化的共享变量是否满足条件)
notify 通知（通知等待的条件变量，共享变量发送变化）

2 condition_variable类定义

C++11 condition_variable条件变量怎么使用

2.1 wait函数

void wait( std::unique_lockstd::mutex& lock );//Predicate是lambda表达式。template< class Predicate >void wait( std::unique_lockstd::mutex& lock, Predicate pred );//以上二者都被notify_one())或notify_broadcast()唤醒，但是//第二种方式是唤醒后也要满足Predicate的条件。//如果不满足条件，继续解锁互斥量，然后让线程处于阻塞或等待状态。//第二种等价于while (!pred()){wait(lock);}

3 condition_variable用法

condition_variable必定至少有两方，一方是资源修改线程，一方是资源等待线程。就跟打篮球一样，同时篮球只会在一个人手中，投篮后就释放了篮球所有权，其他方就会抢夺篮球所有权。

3.1 资源修改线程步骤

获取一个mutex使用 std::unique_lock< std::mutex >
保持锁定状态，修改共享变量
condition_variable对象执行notify_one或者notify_all（notify_one/notify_all执行前可以释放锁）

3.2 资源等待线程步骤

获取一个mutex使用 std::unique_lock< std::mutex > unlock用于保护要修改的共享变量
检查条件变量，

(1)条件变量满足，线程继续执行

(2)条件变量不满足，wait会释放unlock锁，并挂起线程。

当notify通知条件变量、超时过期或发生虚假唤醒时，线程被唤醒，互斥锁unlock被原子地重新获取。然后，线程应该检查条件，如果唤醒是假的，则继续等待

4 代码示例

4.1 无需notify场景

当wait第一次执行是，条件已经满足，则程序不会阻塞（即无需notify），会直接向下执行。(仅为说明3.2 中第2点（1）的情况)

#include <iOStream>#include <string>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>using namespace std;std::mutex m;std::condition_variable cv;std::string data;bool ready = false;bool processed = false; void worker_thread(){    std::cout << "3、worker_thread子线程开始执行"  << endl;    // Wait until main() sends data    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);    std::cout << "4、worker_thread子线程获取到锁,条件满足无需notify，不阻塞向下执行"  << endl;    cv.wait(lk, []{return ready;});     // after the wait, we own the lock.    data += " after processing";    // Send data back to main()    processed = true;    std::cout << "5、Worker thread signals data processing completed\n";     // Manual unlocking is done before notifying, to avoid waking up    // the waiting thread only to block again (see notify_one for details)    lk.unlock();    std::cout << "6、worker_thread子线程交出执行权限，主线程执行"  << endl;    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(2000));        cv.notify_one();    std::cout << "9、worker_thread调用 notify_one"  << endl;}int main(){    std::thread worker(worker_thread);    std::cout << "1、主线程开始执行"  << std::endl;    data = "Example data";    // send data to the worker thread    {        //std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);        ready = true;    }    std::cout << "2、锁已经释放了，主线程休眠，子线程执行"  << std::endl;    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));    //cv.notify_one();    {        std::cout << "7、主线程data：" << data << endl;        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);        std::cout << "8、主线程条件满足无需notify" << endl;        cv.wait(lk, []{return processed;});    }        worker.join();     std::cout << "10、主线程结束" << endl;}

执行结果：

C++11 condition_variable条件变量怎么使用

4.2 正常应用场景1

#include <iostream>#include <string>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>using namespace std;std::mutex m;std::condition_variable cv;std::string data;bool ready = false;bool processed = false; void worker_thread(){    std::cout << "3、worker_thread子线程开始执行"  << endl;    // Wait until main() sends data    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);    std::cout << "4、worker_thread子线程获取到锁,条件不满足，释放lk锁，子线程阻塞"  << endl;    cv.wait(lk, []{return ready;});    std::cout << "8、worker_thread子线程获取到锁,子线程继续执行"  << endl;    // after the wait, we own the lock.    data += " after processing";    // Send data back to main()    processed = true;    std::cout << "9、Worker thread signals data processing completed\n";     // Manual unlocking is done before notifying, to avoid waking up    // the waiting thread only to block again (see notify_one for details)    lk.unlock();    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(5000));    std::cout << "10、worker_thread调用 notify_one通知主线程执行"  << endl;    cv.notify_one();}int main(){    std::thread worker(worker_thread);    std::cout << "1、主线程开始执行"  << std::endl;    data = "Example data";    // send data to the worker thread    {        std::cout << "2、主线程休眠，子线程进入执行"  << std::endl;        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));        std::cout << "5、主线程结束休眠，主线程获取lk锁，进入执行"  << std::endl;        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);        ready = true;            }    std::cout << "6、主线程释放lk,调用notify通知子线程"  << std::endl;    cv.notify_one();    {        std::cout << "7、由于主线程的执行时钟周期未结束，继续执行主线程获取lk, wait检查条件不满足,释放锁" << endl;        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);        cv.wait(lk, []{return processed;});    }       worker.join();     std::cout << "11、主线程结束" << endl;}

执行结果：

这里notify执行后不一定立即执行子线程，如果cpu执行时钟周期未结束，则主线程会继续执行. 所以7,8，9,10顺序可能变化参见4.3

同时4.1也会因为cpu时钟周期，执行顺序有所变动。

C++11 condition_variable条件变量怎么使用

4.3 正常应用场景2

#include <iostream>#include <string>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>using namespace std;std::mutex m;std::condition_variable cv;std::string data;bool ready = false;bool processed = false; void worker_thread(){    std::cout << "3、worker_thread子线程开始执行"  << endl;    // Wait until main() sends data    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);    std::cout << "4、worker_thread子线程获取到锁,条件不满足，释放lk锁，子线程阻塞"  << endl;    cv.wait(lk, []{return ready;});    std::cout << "8、worker_thread子线程获取到锁,子线程继续执行"  << endl;    // after the wait, we own the lock.    data += " after processing";    // Send data back to main()    processed = true;    std::cout << "9、Worker thread signals data processing completed\n";     // Manual unlocking is done before notifying, to avoid waking up    // the waiting thread only to block again (see notify_one for details)    lk.unlock();    std::cout << "10、worker_thread调用 notify_one通知主线程执行"  << endl;    cv.notify_one();}int main(){    std::thread worker(worker_thread);    std::cout << "1、主线程开始执行"  << std::endl;    data = "Example data";    // send data to the worker thread    {        std::cout << "2、主线程休眠，子线程进入执行"  << std::endl;        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));        std::cout << "5、主线程结束休眠，主线程获取lk锁，进入执行"  << std::endl;        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);        ready = true;            }    std::cout << "6、主线程释放lk,调用notify通知子线程"  << std::endl;    cv.notify_one();    {        for(int i = 0; i< 10000000; i++)        {            int j = i;        }        std::cout << "7、由于主线程的执行时钟周期未结束，继续执行主线程获取lk, wait检查条件不满足,释放锁" << endl;        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);        cv.wait(lk, []{return processed;});    }        worker.join();    std::cout << "11、主线程结束" << endl;}

执行结果：

C++11 condition_variable条件变量怎么使用