C++11条件变量condition_variable详解与使用

"这篇文档详细剖析了C++11中的线程同步工具——condition_variable，包括其使用方式和源码实现。文档涵盖了unique_lock、mutex、lock_guard等与之相关的同步原语，并讨论了虚假唤醒和惊群效应这两个重要的概念。通过链接提供的博客文章，可以深入理解condition_variable的工作原理及其在多线程编程中的应用。" 在C++11中，`condition_variable`是用于线程同步的关键组件，它允许线程在满足特定条件时等待，或者在其他线程改变共享状态时被唤醒。这个类提供了一个接口来执行`wait`和`notify`操作，这些操作是基于互斥锁（mutex）进行的，以确保线程安全。 1. **构造与析构**： `condition_variable`的构造函数初始化条件变量，而析构函数则销毁它。条件变量必须在使用前初始化，并且在不再需要时应正确销毁，以避免资源泄漏。 2. **等待与通知**： - `notify_one()`方法用来唤醒一个正在等待的线程。当某个线程改变了共享状态，使得等待线程可以继续执行时，调用此方法。 - `notify_all()`方法用于唤醒所有等待的线程。这在需要同时唤醒所有等待线程，如队列清空时，非常有用。 3. **等待操作**： - `wait(unique_lock<mutex>& _Lck)`：线程会释放锁并阻塞，直到被`notify`唤醒或再次获得锁。在等待期间，互斥锁由`unique_lock`持有，确保了等待线程的安全性。 - `wait_for`和`wait_until`是带有超时时间的等待操作，它们允许线程在达到指定的等待时间后自动唤醒，无论是否收到通知。 4. **带有谓词的等待**： `wait(unique_lock<mutex>& _Lck, Predicate Pred)`：在等待之前，先检查谓词`Pred`，如果谓词返回`false`，线程才会进入等待状态。这有助于避免因虚假唤醒（spurious wakeups）而错误地提前恢复执行。 5. **unique_lock, mutex, lock_guard**： - `unique_lock`是可移动所有权的互斥锁，它可以灵活地控制锁的获取和释放，适合与`condition_variable`配合使用。 - `mutex`提供了基本的线程同步，确保同一时间只有一个线程访问受保护的代码段。 - `lock_guard`是RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式的实现，自动管理锁的获取和释放，简化了资源管理。 6. **虚假唤醒与惊群效应**： - 虚假唤醒是指线程在没有被其他线程唤醒的情况下自行恢复执行，这种情况是可能发生的，因此等待操作通常包含一个检查条件的循环，确保只有在条件满足时才继续执行。 - 惊群效应是指当一个通知操作唤醒多个等待线程时，可能会导致多个线程同时尝试继续执行，而实际上只有一个线程应该继续。`notify_one()`可以避免惊群效应，而`notify_all()`可能导致这种情况，因此需要在设计中考虑如何处理。 `condition_variable`是C++11中实现线程同步的重要工具，结合`mutex`和锁管理器如`unique_lock`，可以构建出复杂而安全的多线程程序。理解其工作原理和使用方式对于编写高效并发代码至关重要。