C++如何使用std::condition_variable_C++多线程同步与条件变量使用

尼克

发布时间：2025-11-16 20:03:29

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原创

std::condition_variable用于线程同步，配合std::mutex实现等待-通知机制，如生产者-消费者模型中，通过wait()阻塞线程直到条件满足，notify_one()或notify_all()唤醒线程，需用unique_lock并结合谓词防止虚假唤醒，确保正确处理共享状态。

c++如何使用std::condition_variable_c++多线程同步与条件变量使用

在C++多线程编程中，std::condition_variable 是实现线程间同步的重要工具之一。它通常与 std::mutex 配合使用，用于让一个或多个线程等待某个条件成立，而另一个线程在条件满足时通知等待的线程继续执行。

基本概念：条件变量的作用

条件变量不是用来保护共享数据的，而是用来协调线程之间的执行顺序。比如生产者-消费者模型中，消费者线程需要等待缓冲区非空，而生产者在放入数据后可以通知消费者。这时就适合使用 std::condition_variable。

关键组件包括：

std::condition_variable：提供 wait、notify_one、notify_all 接口
std::unique_lock<:mutex>：必须配合 unique_lock 使用，不能用 lock_guard
共享条件判断：通常是一个布尔表达式，表示某种状态是否成立

基本用法示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的例子，演示如何使用条件变量实现两个线程间的协作：

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::lock_guard lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "生产: " << i << "\n";
        lock.unlock(); // 提前释放锁
        cv.notify_one(); // 通知一个消费者
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
    
    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_all(); // 通知所有等待线程结束
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        
        // 条件等待：队列为空且未结束，则等待
        cv.wait(lock, [] { 
            return !data_queue.empty() || finished; 
        });

        if (!data_queue.empty()) {
            int value = data_queue.front();
            data_queue.pop();
            std::cout << "消费: " << value << "\n";
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            break; // 结束循环
        }
        lock.unlock();
    }
}

主函数启动线程：

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int main() {
    std::thread p(producer);
    std::thread c(consumer);

    p.join();
    c.join();

    return 0;
}

wait 的正确使用方式

cv.wait() 必须传入一个 unique_lock，并可选地传入一个谓词（lambda 或函数对象）。推荐始终使用带谓词的版本，避免虚假唤醒导致的问题。

两种写法对比：

不推荐：
cv.wait(lock);
if (!data_queue.empty()) { ... }
推荐：
cv.wait(lock, []{ return !data_queue.empty(); });

带谓词的 wait 会自动循环检查条件，直到为真才返回，更安全简洁。

notify_one vs notify_all

notify_one：唤醒一个等待的线程，适用于只有一个线程需要被通知的情况（如单个消费者）
notify_all：唤醒所有等待线程，适用于广播场景，例如多个消费者都在等任务

注意：notify 不保证立即切换到目标线程，只是使其进入就绪状态。

基本上就这些。掌握 condition_variable 的核心在于理解“等待某个条件 + 锁保护共享状态 + 正确通知”的模式。实际使用中要特别注意锁的粒度和 notify 的时机，避免死锁或遗漏唤醒。

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