C++多线程——条件变量condition_variable
基本翻译std::condition_variable-cplusplus加参考std::condition_variable-cppreference其他博客。
1.condition_variable概述
condition_variable 类是同步原语，能用于阻塞一个线程，或同时阻塞多个线程，直至另一线程修改共享变量（条件）并通知 condition_variable 。
当其wait function之一（wait、wait_for、wait_until）被调用时，其使用一个unique_lock去阻塞该线程，该线程将一直阻塞直到被另一个线程通过调用同一个condition_variable对象的 notification function 唤醒。
std::condition_variable 只可与 std::unique_lock一同使用；
condition_variable 不可复制构造 (CopyConstructible) 、可移动构造 (MoveConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 或可移动赋值 (MoveAssignable) 。
其成员函数比较少，包括三大类：
- 构造析构函数
- Wait functions（wait wait_for wait_until）
- Notify functions（notify_one notify_all）
先用一个例子大致了解一下：
#include 运行结果：
2.Wait functions
2.1 wait
void wait (unique_lock<mutex>& lck);
template <class Predicate>
void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred);
第一种方式的wait导致当前线程阻塞直至条件变量被通知，或虚假唤醒（spurious wake-up）发生。
第二种方式的wait则在不满足条件之前会一直在while循环中，第二种方式等效为：
while (!pred()) {
wait(lock);
}
pred可以是一个函数或者lambda表达式。
上面这段话的大意是说：
当阻塞线程时，wait函数会自动调用lck.unlock()，允许其他锁住的线程继续；
一旦被通知，就不在阻塞并调用lck.lock()获得锁，然后函数返回。（阻塞的线程释放锁，不阻塞的线程获得锁）
但是wait函数可能会引起虚假唤醒，使用者应该保证被唤醒的条件确实被满足。
如果使用了pred，该函数之后在pred返回false时阻塞，而且notification函数只有在pred变为true时才能不再阻塞该线程，这可以有效地应对虚假唤醒现象。
看一个wait使用的例子：
#include 在main函数中，使得cargo累加，导致pred返回true，然后consumer函数中的wait不再阻塞，输出cargo，然后consumer函数将cargo再次设置为0，进行下次循环。
输出结果：
刚开始时一直比较懵，main函数中没有加unique_lock这句话；
这就导致在consumer函数中，先执行unique_lock调用mtx.lock();，该线程获得锁mtx；
然后执行cv.wait(lck, pred);调用lck.unlock()（相当于调用mtx.unlock()）使得锁mtx被释放。
然后，for循环结束，lck被析构，再次执行lck.unlock();，相当于又一次调用了mtx.unlock()，mtx被unlock了两次，这种行为是未定义的，然后程序卡死了。
在main函数中加入unique_lock就可以了。
假设main函数中的unique_lock先获得锁，那么consumer中的unique_lock就会阻塞，直到main函数运行完cv.notify_one();。main中的lck析构，mtx被释放，consumer得以执行。
假设consumer中的unique_lock先获得锁，main函数中的unique_lock就会阻塞，当consumer执行完wait函数后，锁被释放，main函数得以执行，但是由于consumer中wait的条件pred不满足，导致consumer阻塞直到main函数将cargo的值设置为非0.
2.2 wait_until
template <class Clock, class Duration>
cv_status wait_until (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);
template <class Clock, class Duration, class Predicate>
bool wait_until (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time,
Predicate pred);
wait_until 导致当前线程阻塞直至通知条件变量、抵达指定时间或虚假唤醒发生，如果调用的是包含Predicate pred的函数，还需要等到条件满足。
包含Predicate pred的wait_until相当于：
while (!pred())
if ( wait_until(lck,abs_time) == cv_status::timeout)
return pred();
return true;
返回值说明：
-
当调用的是不包含Predicate pred的wait_until时，返回一个
cv_status类型的对象，时间到则返回cv_status::timeout，否则返回cv_status::no_timeout。
cv_status是枚举类型：enum class cv_status { no_timeout, timeout }; -
当调用的是包含Predicate pred的wait_until时，返回pred()，是一个bool。
2.3 wait_for
unconditional (1)
template <class Rep, class Period>
cv_status wait_for (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);
predicate (2)
template <class Rep, class Period, class Predicate>
bool wait_for (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time, Predicate pred);
第二个参数是设置的一个时间，第三个参数是需要满足的条件。
该函数直到被notify或者时间到的时候才会返回。
执行该函数会调用lck.unlock()，被通知或者时间到时会执行lck.lock();
第二种predicate ，相当于执行：
return wait_until (lck, chrono::steady_clock::now() + rel_time, std::move(pred));
例子：
:cin >> value;
cv.notify_one();
}
int main()
{
std::cout << "please input value, i will output . \n";
std::thread th(read_value);
std::mutex mtx;
运行结果：
3. Notify functions
void notify_one() noexcept;
void notify_all() noexcept;
If no threads are waiting, the function does nothing.
4.生产者消费者
代码来自：C++11条件变量使用详解
#include 运行结果：
5.虚假唤醒
条件变量的虚假唤醒(spurious wakeups)问题
https://www.jianshu.com/p/0eff666a4875
6. C中的条件变量
其他
- 互斥量
- 原子操作
- 读写锁
- unique_lock