进程间通信：condition_variable && unique_lock（c++）

condition_variable（条件变量）

简介

互斥锁用于上锁，条件变量用于等待；
condition_variable类是一个同步原语，可以用来阻塞一个线程，或者同时阻塞多个线程，直到另外一个线程修改了条件(a shared variable: the condition)并且通知了condition_variable(notify).

修改条件，并通知

1. 获取一把锁，通常使用std::lock_guard。
2. 在锁锁定的状态下，修改条件。
3. 调用notify_one 或者 notify_all，进行通知

// 示例代码
struct CondInfo {
	std::mutex m;
	std::condition_variable cv;
	bool ready;
} condInfo;

// modify the condition and notify
void ThreadFunc1() {
    {
    	std::lock_guard<std::mutex> lck(condInfo.m);
    	condInfo.ready = true;
    }
    condInfo.cv.notify_one();
}

tips: 就算condition(例子中的ready)是atomic，也一定要在锁（例子中的m）锁定下进行修改，用来保证正确的将变量的修改发布到等待线程。

等待

1. 获取一把std::unique_lock(锁定同一把锁，用于保护shared variable the condition)。
2. 检查条件，防止已经更新和通知。
3. 执行wait、wait_for、wait_until，wait操作会释放锁，并挂起当前线程。
4. 当条件变量被notify、超时或者虚假唤醒发生时，当前线程被唤醒，并锁定锁，当前线程需要再次检查条件，如果是虚假唤醒需要再次调用wait操作。

 struct CondInfo {
 	std::mutex m;
 	std::condition_variable cv;
 	bool ready;
 } condInfo;

// 示例代码
void ThreadFunc2()
{
	{
		std::unique_lock<std::mutex> lck(condInfo.m);
		while (!condInfo.ready) { // 2.检查条件；4.再次检查，如果条件未变化（虚假唤醒），再次投入wait
			condInfo.cv.wait(lck); // 3.执行wait
		}
		// 或者使用
		// condInfo.wait(lck, []{return condInfo.ready;]); // 等同上面操作
	}
	// balabala
}

虚假唤醒

结合查到的资料分为两大类：
1、没有收到notify_one、notify_all, wait操作返回。导致虚假唤醒。
2、收到notify_one或者notify_all，但是当上锁时(wait：解锁，挂起，被notify唤醒，然后会再上锁)，条件已经不为真。

第一类：当wait时被信号中断返回等一些系统原因。
第二类：系统调度相关：
比如：存在一个共享队列（生产消费队列）,并有下面几个线程

线程	作用
消费线程1	获取锁，移除队列一个元素（队列为空），释放锁。轮询进行这样的操作
消费线程2	尝试移除队列一个元素：首先获取锁，判断队列是否为空，若为空，则调用wait操作进行阻塞等，直到得到notify。
生产线程3	获取锁，向队列插入一个元素，然后释放锁，进行notify。

考虑下面这种场景：线程2阻塞再wait，线程3执行notify，当线程2由于notify得到cpu的调度，再进行上锁的时候，线程1已经完成了移除元素的操作，那么此时对于线程2就属于一个虚假唤醒（因为此时的队列还是为空）。

生产者&&消费者例子

#include 
#include 
#include 
#include 

struct CondInfo {
    std::mutex m;
    std::condition_variable cv;
    std::queue<int> q;
} condInfo;

void Consume()
{
    while (1) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lck(condInfo.m);
            // 使用overlo的wait操作，等价于下面注释的while循环
            condInfo.cv.wait(lck, [](&condInfo){return !condInfo.q.empty();}); 
            //while (condInfo.q.empty()) {
            //    condInfo.cv.wait(lck);
            //}
            printf("Consume elem:%d\n", condInfo.q.front());
            condInfo.q.pop();
        }
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(2000));
    }
}

void Produce()
{
    int i = 0;
    while (1) {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lockGuard(condInfo.m);
            condInfo.q.push(i);
            printf("Produce elem:%d\n", i);
            i++;
        }
        condInfo.cv.notify_one();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
}

int main()
{
    std::thread consumeThd(&Consume);
    std::thread produceThd(&Produce);
    consumeThd.join();
    produceThd.join();
    return 0;
}

unique_lock

主要看它的几个构造函数：

1. unique_lock() noexcept
   构造一个unique_lock（不使用关联的mutex）
2. unique_lock( unique_lock&& other ) noexcept
   移动构造函数，使用other初始化本身（和other的mutex关联），other则不和任何mutex关联。
3. explicit unique_lock( mutex_type& m ); // 上述条件变量的例子就是使用该构造函数
   使用一个关联mutex进行构造，调用m.lock()给关联mutex上锁，如果当前线程已经拥有了这把锁（这把锁是递归锁时除外），则该行为为未定义。
4. unique_lock( mutex_type& m, std::defer_lock_t t ) noexcept
   使用一个关联的mutex进行构造，不调用m.lock()进行上锁。
5. unique_lock( mutex_type& m, std::try_to_lock_t t )
   使用一个关联的mutex进行构造，调用m.try_lock()进行尝试上锁。如果当前线程已经拥有了这把锁（这把锁是递归锁时除外），则该行为为未定义。
6. unique_lock( mutex_type& m, std::adopt_lock_t t );
   使用一个关联的mutex进行构造，m已经被当前线程上锁

tips：unique_lock符合RAII，当超过作用域时，会进行析构（对持有的mutex进行解锁)

std::mutex m;
{
	std::unique_lock<std::mutex> lck(m); // 使用第3个构造函数，对m进行上锁
	// balabala
} // 超出作用域后，lck进行析构，对m进行解锁