C++11多线程之条件变量
原文： http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable
std::condition_variable
定义在头文件
class condition_variable; (since C++11)
condition_variable类是一个同步原语，可以被用来阻塞一个线程或者同时阻塞多个线程，直到另一个线程既修改了共享变量（即“条件”)，也做了通知。
想要修改共享变量（即“条件”）的线程必须：
1. 获得一个std::mutex(一般来说是通过std::lock_guard获得)
2. 当持有锁的时候，执行修改动作
3. 对std::condition_variable执行notify_one或notify_all(当做notify动作时，不必持有锁)
即使共享变量是原子性的，它也必须在mutex的保护下被修改，这是为了能够将改动正确发布到正在等待的线程。
任意要等待std::condition_variable的线程必须：
1. 获取std::unique_lock
2. 执行wait, wait_for或者wait_until. 这些等待动作原子性地释放mutex，并使得线程的执行暂停
3. 当获得条件变量的通知，或者超时，或者一个虚假的唤醒，那么线程就会被唤醒，并且获得mutex. 然后线程应该检查条件是否成立，如果是虚假唤醒，就继续等待。
【译注： 所谓虚假唤醒，就是因为某种未知的罕见的原因，线程被从等待状态唤醒了，但其实共享变量（即条件）并未变为true。因此此时应继续等待】
std::condition_variable只能和std::unique_lock
【译注：BasicLockable指的是为实现互斥而所需的最小特性集，即符合BasicLockable的类型，其对象必须至少要能有lock()和unlock()的能力。】
【译注：std::condition_variable_any是对std::condition_variable类的泛化。std::condition_variable只能和std::unique_lock
条件变量允许同时调用wait, wait_for, wait_until, notify_one和notify_all这些成员函数。
std::condtion_variable类是StandardLayoutType. 它不是CopyConstructible,MoveConstructible, CopyAssignable, MoveAssignable的。
成员类型
成员类型 定义
native_handle_type implementation-defined (译注：由实现定义)
成员函数
构造函数 构造对象(public)
析构函数 析构对象(public)
operator=[deleted] not copy-assignable(public)
notify_one 通知一个等待线程(public)
notify_all 通知所有等待线程(public)
wait 阻塞当前线程直至条件变量被唤醒(public)
wait_for 阻塞当前线程直至条件变量被唤醒或超时(public)
wait_until 阻塞当前线程直至条件变量被唤醒或直到指定的时间点(public)
native_handle 返回native handle(public)
示例程序
条件变量和std::mutex合用，这是为了线程间通信。
#include
#include
#include
#include
#include
std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool ready = false;
bool processed = false;
void worker_thread()
{
// Wait until main() sends data
std::unique_lock lk(m);
cv.wait(lk, []{return ready;});
// after the wait, we own the lock.
std::cout << "Worker thread is processing data\n";
data += " after processing";
// Send data back to main()
processed = true;
std::cout << "Worker thread signals data processing completed\n";
// Manual unlocking is done before notifying, to avoid waking up
// the waiting thread only to block again (see notify_one for details)
lk.unlock();
cv.notify_one();
}
int main()
{
std::thread worker(worker_thread);
data = "Example data";
// send data to the worker thread
{
std::lock_guard lk(m);
ready = true;
std::cout << "main() signals data ready for processing\n";
}
cv.notify_one();
// wait for the worker
{
std::unique_lock lk(m);
cv.wait(lk, []{return processed;});
}
std::cout << "Back in main(), data = " << data << '\n';
worker.join();
} 输出
main() signals data ready for processing
Worker thread is processing data
Worker thread signals data processing completed
Back in main(), data = Example data after processing上面这段代码的work_thread函数也可以改写成下面这种形式：
/*
关键点是：
1. wait()函数的内部实现是：先释放了互斥量的锁，然后阻塞以等待条件为真；
2. notify系列函数需在unlock之后再被调用。
3. 套路是：
a. A线程拿住锁，然后wait,此时已经释放锁，只是阻塞了在等待条件为真；
b. B线程拿住锁，做一些业务处理，然后令条件为真，释放锁，再调用notify函数；
c. A线程被唤醒，接着运行。
*/
#include
#include
#include
#include
#include
std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool ready = false;
bool processed = false;
void worker_thread()
{
{
// Wait until main() sends data
std::unique_lock lk(m);
cv.wait(lk, []{return ready;});
}
{
std::unique_lock lk(m);
// after the wait, we own the lock.
std::cout << "Worker thread is processing data\n";
data += " after processing";
// Send data back to main()
processed = true;
std::cout << "Worker thread signals data processing completed\n";
}
cv.notify_one();
}
int main()
{
std::thread worker(worker_thread);
data = "Example data";
// send data to the worker thread
{
std::unique_lock lk(m);
ready = true;
std::cout << "main() signals data ready for processing\n";
}
cv.notify_one();
// wait for the worker
{
std::unique_lock lk(m);
cv.wait(lk, []{return processed;});
}
std::cout << "Back in main(), data = " << data << '\n';
worker.join();
}
最后，总结一下条件变量的几个关键点：
1. wait()函数的内部实现是：先释放了互斥量的锁，然后阻塞以等待条件为真；
2. notify系列函数需在unlock之后再被调用；
3. 套路是：
a. A线程拿住锁，然后wait,此时已经释放锁，只是阻塞了在等待条件为真；
b. B线程拿住锁，做一些业务处理，然后令条件为真，释放锁，再调用notify函数；
c. A线程被唤醒，接着运行。
（完）