C++ 并发编程(三):条件变量(Condition Variable)

条件变量（Condition Variable）的一般用法是：线程 A 等待某个条件并挂起，直到线程 B 设置了这个条件，并通知条件变量，然后线程 A 被唤醒。经典的「生产者-消费者」问题就可以用条件变量来解决。

这里等待的线程可以是多个，通知线程可以选择一次通知一个（notify_one）或一次通知所有（notify_all）。

示例修改自：http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable

首先是头文件：

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

然后是两个线程共享的全局变量：

std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool ready = false;  // 条件
bool processed = false;  // 条件

工作线程：

void Worker() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);

  // 等待主线程发送数据。
  cv.wait(lock, [] { return ready; });

  // 等待后，继续拥有锁。
  std::cout << "工作线程正在处理数据..." << std::endl;
  // 睡眠一秒以模拟数据处理。
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  data += " 已处理";

  // 把数据发回主线程。
  processed = true;
  std::cout << "工作线程通知数据已经处理完毕。" << std::endl;

  // 通知前，手动解锁以防正在等待的线程被唤醒后又立即被阻塞。
  lock.unlock();

  cv.notify_one();
}

主线程：

int main() {
  std::thread worker(Worker);

  // 把数据发送给工作线程。
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
    std::cout << "主线程正在准备数据..." << std::endl;
    // 睡眠一秒以模拟数据准备。
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    data = "样本数据";
    ready = true;
    std::cout << "主线程通知数据已经准备完毕。" << std::endl;
  }
  cv.notify_one();

  // 等待工作线程处理数据。
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    cv.wait(lock, [] { return processed; });
  }
  std::cout << "回到主线程，数据 = " << data << std::endl;

  worker.join();

  return 0;
}

输出：

主线程正在准备数据...
主线程通知数据已经准备完毕。
工作线程正在处理数据...
工作线程通知数据已经处理完毕。
回到主线程，数据 = 样本数据 已处理

下面是一些说明。

与条件变量搭配使用的「锁」，必须是 unique_lock，不能用 lock_guard。这个前面文章中已有说明。

等待前先加锁。等待时，如果条件不满足，wait 会原子性地解锁并把线程挂起。

条件变量被通知后，挂起的线程就被唤醒，但是唤醒也有可能是假唤醒，或者是因为超时等异常情况，所以被唤醒的线程仍要检查条件是否满足，所以 wait 是放在条件循环里面。cv.wait(lock, [] { return ready; }); 相当于：while (!ready) { cv.wait(lock); }。