std::thread线程库详解（4）

目录

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• 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