c++怎么使用std::condition_variable实现任务触发_c++ 生产者唤醒逻辑【详解】

std::condition_variable必须与std::mutex配合使用，所有共享状态访问和wait/notify操作均需在同锁保护下进行；wait必须用while循环防止虚假唤醒；notify_one适用于单任务唤醒，notify_all仅用于广播场景；需妥善管理生命周期避免死锁。

std::condition_variable 必须和 std::mutex 一起用

单独声明 std::condition_variable 没有意义，它不能自己保护共享状态。所有对共享变量的读写、以及 wait() / notify_one() 调用，都必须在同一个 std::mutex 的保护下进行，否则会触发未定义行为（比如程序崩溃或唤醒丢失）。

常见错误是：生产者改完任务队列后只加锁解锁，却在锁外调用 cv.notify_one() —— 这会导致唤醒时机错位，消费者可能永远阻塞。

• 正确做法：在持有 std::unique_lock<:mutex> 的前提下调用 cv.notify_one() 或 cv.notify_all()
• 不需要等锁释放后再唤醒；notify_* 是线程安全的，且不依赖锁是否仍持有
• 但必须确保：通知前，共享状态（如队列非空）已更新完毕，并仍在锁保护中

wait() 必须用 while 循环包裹，不能用 if

std::condition_variable::wait() 可能被虚假唤醒（spurious wakeup），也可能在唤醒后发现条件又变了（比如另一个线程抢走了任务）。所以永远不要写 if (queue.empty()) cv.wait(...)。

std::unique_lock lk(mtx);
while (tasks.empty()) {
    cv.wait(lk); // 自动释放锁，唤醒后重新获取
}
auto task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
// 此时可确信 tasks 非空，且已从队列取出一个任务

• 使用 while 是强制约定，不是优化建议
• lambda 形式的 wait(lk, []{ return !tasks.empty(); }) 本质也是 while 循环，更简洁但逻辑相同
• 如果用 if，一旦发生虚假唤醒，就会尝试从空队列取任务，导致 front() 或 pop() 崩溃

生产者唤醒逻辑：notify_one() vs notify_all()

多数场景下用 cv.notify_one() 就够了——只要有一个消费者在等，就唤醒一个；多个消费者等待时，由系统调度决定唤醒谁。用 notify_all() 会唤醒全部等待线程，它们会竞争锁和任务，造成“惊群”开销，尤其在高并发下明显。

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• 仅当需要广播某种全局状态变更（比如关闭信号、重置配置）时才用 notify_all()
• 生产者每次提交一个任务，对应唤醒一个消费者即可，匹配语义清晰
• 注意：唤醒操作本身不保证被唤醒线程立刻执行；它只是让线程脱离 wait 阻塞，之后仍需竞争 mutex

避免死锁和资源泄漏的关键细节

最易被忽略的是：消费者线程退出前，必须确保不会遗漏未处理的通知；生产者销毁前，应停止提交新任务，并通过 notify_all() 唤醒所有等待线程，让它们检查退出条件。

• 推荐在共享状态中加入 bool shutdown_requested = false;，消费者循环里同时检查 !tasks.empty() || shutdown_requested
• 生产者结束前：设 shutdown_requested = true;，再调用 cv.notify_all()
• 不要在析构函数里直接调用 notify_* —— 若此时消费者线程正在析构或已退出，wait() 可能已失效，引发未定义行为
• std::condition_variable 本身无需手动清理，但关联的 std::mutex 和共享数据生命周期必须严格管理