std::thread线程库详解（4）

目录

• 目录
• 前言
• 条件变量
• 一些需要注意的地方
• 总结

前言

本文主要介绍了多线程中的条件变量，条件变量在多线程同步中用的也比较多。我第一次接触到条件变量的时候是在完成一个多线程队列的时候。条件变量用在队列没有数据时，等待入队线程入队数据。相比较于锁的使用，条件变量的使用更为复杂，使用时需要注意的部分也更多。本文将会完成一个阻塞队列（对普通队列进行一个简单的包装），以此来完成条件变量的介绍。

条件变量

条件变量(std::condition_variable)的使用需要锁的帮助。所以在定义阻塞队列时，私有成员包含了一个锁。

template<typename T>
class BlockingQueue {
public:
  int pop(T &&data);
  int push(T &&data);
private:
  std::queue<T> m_queue;
  std::condition_variable cond;
  std::mutex mutex;
};

可以看到，阻塞队列的实现只有pop和push两个部分，由于没有容量限制，所以只有单向的条件变量。首先是pop的实现，

int pop(T &data) {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
  if (m_queue.empty()) {
    return -1;
  } else {
    data = m_queue.front();
    m_queue.pop();
    return 0;
  }
}

如果不使用条件变量，很容易实现一个非阻塞的pop方法，如果队列中有数据，则返回数据，并返回0。如果没有，直接返回-1。但是如果我们想要实现在队列中没有数据的时候，程序不是直接返回而是等待直到有数据，那么最简单的方法就是借助条件变量std::condition_variable（其实只用锁也能实现，但是比较麻烦）。

int pop(T &data) {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
  while (m_queue.empty()) {
    cond.wait(lock);
  }
  data = m_queue.front();
  m_queue.pop();
  return 0;
}

需要注意的是，while(m_queue.empty)这一部分，在cppreference.com中也有明确的说明，条件变量可能存在虚假的唤醒，所以需要检查是否满足条件。当然，C++也提供了wait的一个重载函数来实现对唤醒条件的检查。同时它也有超时的版本wait_for和wait_until。

int pop(T &data) {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);

  cond.wait(lock, [&]() {return m_queue.empty();});

  data = m_queue.front();
  m_queue.pop();
  return 0;
}

然后是对push的实现，

int push(T &data) {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
  m_queue.push(data);
  cond.notify_one();
  return 0;
}

这里使用的是notify_one，也有notify_all但是没有必要在这使用。然后进行合并测试，可以得到以下的结果

除了std::condition_variable以外，还有一个std::condition_variable_any，它可以支持任意的锁，在使用上变化不大。

一些需要注意的地方

1. 在唤醒线程之后，会进行加锁的操作。所以如果逻辑允许，记得手动释放锁；
2. 注意虚假唤醒的情况；
3. 如果记得退出线程。

总结

本文通过一个简单的例子简单介绍了一下条件变量的使用。下一篇将会介绍信号量和latch barrier，这两个都是C++20新出现的特性。

博客原文：https://www.cnblogs.com/ink19/p/std_thread-4.html