[C++知识库][C++] C++11 条件变量

条件变量

C++11 提供了条件变量condition variable用于实现线程间的同步操作，需要包含头文件#include <condition_variable>，并且一般都是与互斥量mutex配合使用。

条件变量的工作方式为：

• 使用条件变量的线程首先对互斥量加锁
• 检查某个条件，如果条件不满足，则释放互斥锁量，进入休眠；如果条件满足，则继续执行资源操作，执行完操作后释放互斥量
• 另外一个线程加锁执行资源操作，使条件满足后，释放互斥量，唤醒等待的线程

具体参考：std::condition_variable

成员函数

• wait ——等待某个条件满足时，重新获取互斥量加锁并继续执行；否则释放互斥量并休眠，直至重新被唤醒再重新判断一次。互斥量必须使用unique_lock对象。
  包含两个原型

void wait(unique_lock<mutex>& __lock)	// 1
template<typename _Predicate>
void wait(unique_lock<mutex>& __lock, _Predicate __p)	// 2

_Predicate 对象是一个判断条件是否满足的函数。1）如果调用的原型没有该参数，那么第一次调用 wait 时默认条件不成立，然后进入休眠，直至其他线程唤醒它，随后进行常规的互斥量加锁操作：获取不到锁则休眠直至重新获取到锁。2）如果调用的原型有该参数，wait 会调用该函数判断返回结果是否为 true ：是，则继续执行；否，则释放互斥量并阻塞休眠，直到其他线程唤醒它，此时如果条件还不满足，则线程继续休眠等待，直到有一次唤醒后条件满足了，那么它就从新对互斥量加锁并继续执行后面的操作。

• wait_for ——在 wait 的基础上增加了一个超时时间参数，用法类似于 mutex 的 try_lock_for()
• wait_until ——类似于mutex 的 try_lock_until()
• notify_one ——前面提到调用wait的线程需要其他线程唤醒，那么自然就会想到如何唤醒。notify_one 唤醒多个调用 wait 后正在休眠的线程中的一个。
• notify_all ——唤醒正在休眠等待的所有线程，但它们中只有一个能够获得互斥量！

代码示例

下面的示例使用条件变量实现一个同步队列。

定义类

template<typename T>
class SyncQueue
{
public:
    SyncQueue() {}
    ~SyncQueue() {}

    void Put(const T & one)
    {
        unique_lock<mutex> locker(_mutex);
        _queue.emplace_back(one);
        _notEmpty.notify_one();
    }

    T & Take()
    {
        unique_lock<mutex> locker(_mutex);
        _notEmpty.wait(locker, [this](){ return !_queue.empty(); });

        T& one = _queue.front();
        _queue.pop_front();

        return one;
    }

    bool isEmpty()
    {
        unique_lock<mutex> locker(_mutex);

        return _queue.empty();
    }

    size_t Size()
    {
        unique_lock<mutex> locker(_mutex);

        return _queue.size();
    }

private:
    list<T> _queue;
    mutex _mutex;
    condition_variable _notEmpty;
};

测试例程

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
#include <list>
using namespace std;

SyncQueue<int> sq;
void PutData()
{
    for(int i = 0; i < 20; i++)
    {
        sq.Put(i);
        cout << "# sq put " << i << endl;
    }
}

void TakeData()
{
    for(int i = 0; i < 20; i++)
    {
        int one = sq.Take();
        cout << "# sq take " << one << endl;
    }
}

int main()
{
    thread t1(PutData);
    thread t2(TakeData);

    t1.join();
    t2.join();
    
}