std::condition_variable 应用举例

std::condition_variable 是 C++11 标准库中提供的同步机制，用于在线程之间进行条件变量的等待和通知。它通常与 std::mutex 配合使用，以确保多个线程在访问共享资源时的安全性。下面是一个简单的例子，展示了如何使用 std::condition_variable 来实现生产者-消费者模型。

示例代码

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::queue<int> dataQueue;
bool done = false;

void producer(int count) {
    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        dataQueue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << std::endl;
        cv.notify_one();  // 通知一个等待的消费者
    }
    
    // 生产结束后，通知所有消费者生产已完成
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        done = true;
    }
    cv.notify_all();
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        cv.wait(lck, [] { return !dataQueue.empty() || done; });

        while (!dataQueue.empty()) {
            int value = dataQueue.front();
            dataQueue.pop();
            std::cout << "Consumed: " << value << std::endl;
        }
        
        if (done) {
            break;  // 生产结束，退出循环
        }
    }
}

int main() {
    std::thread producerThread(producer, 10);
    std::thread consumerThread(consumer);

    producerThread.join();
    consumerThread.join();

    return 0;
}

代码解释

1. 全局变量：
   • std::mutex mtx：用于保护共享数据（dataQueue 和 done）的互斥锁。
   • std::condition_variable cv：条件变量，用于在线程之间同步。
   • std::queue<int> dataQueue：生产者生产的数据队列。
   • bool done：标记生产是否完成。
2. 生产者函数 (producer)：
   • 循环生产数据，并将数据推入 dataQueue 中。
   • 每次生产数据后，调用 cv.notify_one() 通知一个等待的消费者。
   • 生产结束后，将 done 标记为 true 并调用 cv.notify_all() 通知所有消费者生产已完成。
3. 消费者函数 (consumer)：
   • 使用 cv.wait(lck, [] { return !dataQueue.empty() || done; }) 等待条件满足（队列不为空或生产完成）。
   • 当条件满足时，消费数据直到队列为空。
   • 如果 done 为 true，则退出循环。
4. 主函数 (main)：
   • 创建生产者和消费者线程，并等待它们完成（join）。

注意事项

• std::unique_lock<std::mutex> 用于在条件变量等待时自动释放锁，并在被唤醒时重新获得锁。
• cv.wait 的第二个参数是一个谓词（predicate），它在条件不满足时会解锁并等待条件变量通知，再次被唤醒时会重新加锁并检查谓词是否为真。
• 生产者在生产结束时需要通知所有消费者，以防止消费者陷入永久等待状态。

这个示例展示了如何使用 std::condition_variable 实现线程间的同步和通信，适用于多种类似的生产者-消费者模型场景。