C++条件变量使用与线程同步技巧

std::condition_variable需与std::mutex配合使用，通过wait()阻塞线程并释放锁，在条件满足后由notify唤醒，常用于生产者-消费者模型中的线程同步。

在C++中，std::condition_variable 是实现线程同步的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用于在线程之间传递“条件已满足”的信号，比如生产者-消费者模型中的任务队列通知。

1. 条件变量的基本原理

std::condition_variable 本身不保存状态，它只是让线程等待某个条件成立。当条件不满足时，线程调用 wait() 进入阻塞状态；另一个线程在改变共享状态后，调用 notify_one() 或 notify_all() 唤醒一个或所有等待的线程。

关键点：

• 必须配合互斥锁（std::unique_lock）使用
• wait() 会自动释放锁，并在被唤醒后重新获取锁
• 建议在循环中检查条件，防止虚假唤醒

2. 基本使用步骤

以下是使用 std::condition_variable 的典型流程：

// 包含头文件
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>

定义共享资源和同步对象：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false; // 共享条件变量

等待线程（消费者/响应者）：

std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待 ready 为 true
// 条件满足，继续执行

通知线程（生产者/触发者）：

{ std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); ready = true; } cv.notify_one(); // 唤醒一个等待线程

3. 完整示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的例子，演示两个线程通过条件变量同步：

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

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

void consumer() {
    std::cout << "消费者：等待数据...\n";
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return data_ready; });
    std::cout << "消费者：收到数据，开始处理。\n";
}

void producer() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "生产者：正在生成数据...\n";
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        data_ready = true;
    }
    cv.notify_one();
}

int main() {
    std::thread t1(consumer);
    std::thread t2(producer);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

输出可能为：

消费者：等待数据...
生产者：正在生成数据...
消费者：收到数据，开始处理。

4. 注意事项与最佳实践

使用条件变量时要注意以下几点：

• wait 必须在 unique_lock 下调用，不能用 lock_guard
• 条件判断尽量用 lambda 形式传给 wait，避免手动写 while 循环
• 修改共享变量时要加锁，否则有数据竞争风险
• notify 后，等待线程不会立即运行，需重新竞争锁
• 如果多个线程等待，使用 notify_all() 更安全

基本上就这些。掌握 condition_variable 对编写多线程程序非常关键，理解其与互斥锁的协作机制是重点。