深入理解C++并发编程中的条件变量：以CPP-Concurrency-In-Action-2ed为例

深入理解C++并发编程中的条件变量：以CPP-Concurrency-In-Action-2ed为例

CPP-Concurrency-In-Action-2ed-2019 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/CPP-Concurrency-In-Action-2ed-2019

条件变量基础概念

条件变量是多线程编程中用于线程间同步的重要工具。在C++标准库中，<condition_variable>头文件提供了两种条件变量实现：std::condition_variable和std::condition_variable_any。

std::condition_variable详解

基本特性

std::condition_variable是C++标准库提供的基本条件变量实现，它必须与std::unique_lock<std::mutex>配合使用。这种设计提供了最佳性能，但限制了锁类型的灵活性。

核心成员函数

1. 等待函数

   • wait(): 无条件等待，直到被通知
   • wait(pred): 带谓词的等待，避免虚假唤醒
   • wait_for(): 带超时的等待
   • wait_until(): 带绝对时间点的等待

2. 通知函数

   • notify_one(): 唤醒一个等待线程
   • notify_all(): 唤醒所有等待线程

使用模式

典型的使用模式如下：

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

// 等待线程
std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
cv.wait(lk, []{return ready;});

// 通知线程
{
    std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx);
    ready = true;
}
cv.notify_one();

std::condition_variable_any详解

与std::condition_variable的区别

std::condition_variable_any提供了更大的灵活性，可以与任何满足基本锁概念(Lockable)的类型一起使用，而不仅限于std::unique_lock<std::mutex>。

适用场景

当需要使用自定义锁类型或需要更灵活的锁管理时，std::condition_variable_any是更好的选择。不过这种灵活性通常伴随着轻微的性能开销。

关键注意事项

1. 虚假唤醒：线程可能在没有收到通知的情况下被唤醒，因此总是应该在循环中检查条件。

2. 通知丢失：如果在通知时没有线程在等待，通知将被丢弃。

3. 锁的管理：条件变量等待时会自动释放锁，并在返回前重新获取锁。

4. 线程退出通知：std::notify_all_at_thread_exit允许在线程退出时自动通知条件变量。

性能考虑

• std::condition_variable通常比std::condition_variable_any性能更好
• 过多的通知(notify_all)可能导致"惊群效应"
• 合理使用带谓词的等待可以减少不必要的唤醒

最佳实践

1. 优先使用带谓词的等待版本
2. 考虑使用wait_until而不是wait_for处理长时间等待
3. 确保在修改条件变量关联的状态时持有锁
4. 仔细设计通知策略，避免不必要的线程唤醒

通过深入理解这些概念和技巧，开发者可以更有效地使用C++条件变量来构建可靠且高效的并发程序。

CPP-Concurrency-In-Action-2ed-2019 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/CPP-Concurrency-In-Action-2ed-2019