C++11多线程条件变量std::condition_variable详解（转 ）

（转 ）C++11多线程条件变量std::condition_variable详解

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目录

std::condition_variable 类介绍

std::condition_variable 构造函数

std::condition_variable::wait()

std::condition_variable::wait_for()

std::condition_variable::wait_until（）

std::condition_variable::notify_one()

std::condition_variable::notify_all()

 std::condition_variable_any（）

std::cv_status 枚举类型

std::notify_all_at_thread_exit

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前言

        本文转载来源：https://www.cnblogs.com/wangshaowei/p/9593201.html.

         本文将介绍 C++11 标准中 头文件里面的类和相关函数。 头文件主要包含了与条件变量相关的类和函数。

            相关的类包括 ：

•       std::condition_variable
•       std::condition_variable_any

           还有枚举类型：

•        std::cv_status。

            另外还包括函数：

•        std::notify_all_at_thread_exit()

             下 面分别介绍一下以上几种类型。

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std::condition_variable 类介绍

         std::condition_variable 是条件变量，更多有关条件变量的定义参考维基百科。Linux 下使用 Pthread 库中的 pthread_cond_*() 函数提供了与条件变量相关的功能， Windows 则参考 MSDN。

          当 std::condition_variable 对象的某个 wait 函数被调用的时候，它使用 std::unique_lock(通过 std::mutex) 来锁住当前线程。当前线程会一直被阻塞，直到另外一个线程在相同的 std::condition_variable 对象上调用了 notification 函数来唤醒当前线程。

           std::condition_variable 对象通常使用 std::unique_lock 来等待，如果需要使用另外的 lockable 类型，可以使用 std::condition_variable_any 类，本文后面会讲到 std::condition_variable_any 的用法。

首先我们来看一个简单的例子：

#include                 // std::cout
#include                 // std::thread
#include                 // std::mutex, std::unique_lock
#include     // std::condition_variable

std::mutex mtx; // 全局互斥锁.
std::condition_variable cv; // 全局条件变量.
bool ready = false; // 全局标志位.

void do_print_id(int id)
{
    std::unique_lock  lck(mtx);
    while (!ready) // 如果标志位不为 true, 则等待...
        cv.wait(lck); // 当前线程被阻塞, 当全局标志位变为 true 之后,
    // 线程被唤醒, 继续往下执行打印线程编号id.
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go()
{
    std::unique_lock  lck(mtx);
    ready = true; // 设置全局标志位为 true.
    cv.notify_all(); // 唤醒所有线程.
}

int main()
{
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(do_print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!

  for (auto & th:threads)
        th.join();

    return 0;
}

执行结果如下：

0 threads ready to race...
thread 1
thread 0
thread 2
thread 3
thread 4
thread 5
thread 6
thread 7
thread 8
thread 9

         好了，对条件变量有了一个基本的了解之后，我们来看看 std::condition_variable 的各个成员函数。

std::condition_variable 构造函数

default (1)	condition_variable();//默认构造函数
copy [deleted] (2)	condition_variable (const condition_variable&) = delete;//拷贝构造函数被禁用

std::condition_variable::wait()

unconditional (1)	void wait (unique_lock& lck);
predicate (2)	template void wait (unique_lock& lck, Predicate pred);

        std::condition_variable 提供了两种 wait() 函数。当前线程调用 wait() 后将被阻塞(此时当前线程应该获得了锁（mutex），不妨设获得锁 lck)，直到另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程，该函数会自动调用 lck.unlock() 释放锁，使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。
        在第二种情况下（即设置了 Predicate），只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞。因此第二种情况类似以下代码：

while (!pred()) 
     wait(lck);

     看下面例子（参考）：

#include                 // std::cout
#include                 // std::thread, std::this_thread::yield
#include                 // std::mutex, std::unique_lock
#include     // std::condition_variable

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

int cargo = 0;
bool shipment_available()
{
    return cargo != 0;
}

// 消费者线程.
void consume(int n)
{
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        std::unique_lock  lck(mtx);
        cv.wait(lck, shipment_available);
        std::cout << cargo << '\n';
        cargo = 0;
    }
}

int main()
{
    std::thread consumer_thread(consume, 10); // 消费者线程.

    // 主线程为生产者线程, 生产 10 个物品.
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        while (shipment_available())
            std::this_thread::yield();
        std::unique_lock  lck(mtx);
        cargo = i + 1;
        cv.notify_one();
    }

    consumer_thread.join();

    return 0;
}

程序执行结果如下：

concurrency ) ./ConditionVariable-wait 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

std::condition_variable::wait_for()

unconditional (1)	template cv_status wait_for (unique_lock& lck, const chrono::duration& rel_time);
predicate (2)	template bool wait_for (unique_lock& lck, const chrono::duration& rel_time, Predicate pred);

         与 std::condition_variable::wait() 类似，不过 wait_for 可以指定一个时间段，在当前线程收到通知或者指定的时间 rel_time 超时之前，该线程都会处于阻塞状态。而一旦超时或者收到了其他线程的通知，wait_for 返回，剩下的处理步骤和 wait() 类似。

          另外，wait_for 的重载版本（predicte(2)）的最后一个参数 pred 表示 wait_for 的预测条件，只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞。

std::condition_variable::wait_until（）

unconditional (1)	template cv_status wait_until (unique_lock& lck, const chrono::time_point& abs_time);
predicate (2)	template bool wait_until (unique_lock& lck, const chrono::time_point& abs_time, Predicate pred);

        与 std::condition_variable::wait_for 类似，但是 wait_until 可以指定一个时间点，在当前线程收到通知或者指定的时间点 abs_time 超时之前，该线程都会处于阻塞状态。而一旦超时或者收到了其他线程的通知，wait_until 返回，剩下的处理步骤和 wait_until() 类似。

        另外，wait_until 的重载版本（predicte(2)）的最后一个参数 pred 表示 wait_until 的预测条件，只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞。

std::condition_variable::notify_one()

           唤醒某个等待(wait)线程。如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做，如果同时存在多个等待线程，则唤醒某个线程是不确定的(unspecified)。

请看下例（参考）：

#include                 // std::cout
#include                 // std::thread
#include                 // std::mutex, std::unique_lock
#include     // std::condition_variable

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

int cargo = 0; // shared value by producers and consumers

void consumer()
{
    std::unique_lock < std::mutex > lck(mtx);
    while (cargo == 0)
        cv.wait(lck);
    std::cout << cargo << '\n';
    cargo = 0;
}

void producer(int id)
{
    std::unique_lock < std::mutex > lck(mtx);
    cargo = id;
    cv.notify_one();
}

int main()
{
    std::thread consumers[10], producers[10];

    // spawn 10 consumers and 10 producers:
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        consumers[i] = std::thread(consumer);
        producers[i] = std::thread(producer, i + 1);
    }

    // join them back:
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        producers[i].join();
        consumers[i].join();
    }

    return 0;
}

std::condition_variable::notify_all()

        唤醒所有的等待(wait)线程。如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做。

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 std::condition_variable_any（）

           与 std::condition_variable 类似，只不过 std::condition_variable_any 的 wait 函数可以接受任何 lockable 参数，而 std::condition_variable 只能接受 std::unique_lock 类型的参数，除此以外，和 std::condition_variable 几乎完全一样。

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std::cv_status 枚举类型

cv_status::no_timeout	wait_for 或者 wait_until 没有超时，即在规定的时间段内线程收到了通知。
cv_status::timeout	wait_for 或者 wait_until 超时。

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std::notify_all_at_thread_exit

函数原型为：

void notify_all_at_thread_exit (condition_variable& cond, unique_lock lck);

当调用该函数的线程退出时，所有在 cond 条件变量上等待的线程都会收到通知。请看下例（参考）：

#include            // std::cout
#include              // std::thread
#include               // std::mutex, std::unique_lock
#include  // std::condition_variable

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void print_id (int id) {
  std::unique_lock lck(mtx);
  while (!ready) cv.wait(lck);
  // ...
  std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go() {
  std::unique_lock lck(mtx);
  std::notify_all_at_thread_exit(cv,std::move(lck));
  ready = true;
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_id,i);
  std::cout << "10 threads ready to race...\n";

  std::thread(go).detach();   // go!

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}

          好了，到此为止， 头文件中的两个条件变量类（std::condition_variable 和 std::condition_variable_any）、枚举类型（std::cv_status）、以及辅助函数（std::notify_all_at_thread_exit()）都已经介绍完了。

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以下 参考：https://blog.csdn.net/weixin_41374099/article/details/88324141

lambda表达式

这是一种闭包，是内嵌函数。基本格式是：

auto a = [ ] { } ;

#include
#include
#include
#include
using namespace std;

void test01() { 

	//简单的lambda
	auto basicLambda = [] {cout << "hello,world!" << endl; };
	basicLambda();

	//指明返回类型
	auto add = [](int a, int b)->int {return a + b; };
	//自动推断返回类型
	auto multiply = [](int a, int b) {return a * b; };
	cout << "2 + 5 = " << add(2, 5) << "\n2 X 5 = " << multiply(2, 5);

	//泛型lambda
	auto add_2 = [](auto x, auto y) {return x + y; };
	cout <<"\n" <

（ ）内写传递的变量

     mutable （任何情况下，变量可修改的标识符）写在花括号前 mutable { } ;

  [  ] 内需要写捕捉的东西:

•     [ ]：默认不捕获任何变量；
•     [=]：默认以值捕获所有变量；
•     [&]：默认以引用捕获所有变量；
•     [x]：仅以值捕获x，其它变量不捕获；
•     [&x]：仅以引用捕获x，其它变量不捕获；
•     [=, &x]：默认以值捕获所有变量，但是x是例外，通过引用捕获；
•    [&, x]：默认以引用捕获所有变量，但是x是例外，通过值捕获；
•     [this]：通过引用捕获当前对象（其实是复制指针）；
•     [*this]：通过传值方式捕获当前对象；

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