C++11条件变量condition_variable

前言

条件变量用于多线程中，其作用是在多线程间实现线程的等待、唤醒和通知机制，常配合互斥锁（std::mutex）一起使用。它主要用于解决数据竞争问题>。

正文

条件变量只有五个函数：

方法	作用
notify_one()	通知一个等待的线程
notify_all()	通知所有等待的线程
wait()	阻塞该线程，直到条件变量被唤醒
wait_for()	阻塞该线程，直到条件变量被唤醒或者到达指定时限时长后
wait_until()	阻塞该线程，直到条件变量被唤醒或者到达指定时间点后

条件变量的方法分为两种：通知和等待，我们按照这个分类来说。

等待

wait()部分的就是等待函数，它接收两个参数：

template<class Predicate>
void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred);

void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock);

它有两个版本，我们先说最简单的版本，它只有一个参数：

void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock);

它接收一个unique_lock作为参数。当程序运行到wait()这一行的时候，程序必定阻塞，只有等到通知之后才会继续运行，这个状态我们也称之为睡眠。
那么有两个参数的呢？它的第二个参数是一个谓词，这里我们能够理解为一个函数，通常是使用lambda表达式。当wait()接到通知的时候，执行这个谓词，若是返回的结果为true，就获取锁的所有权，执行接下来的语句；若是为false，它就重新进入睡眠状态，继续阻塞线程，等待下一次通知的出现。
所以谓词的声明也等同于：

bool pred();

那么其他的wait就不多说了。

通知

通知有两个函数，notify_one()和notify_all()，前者只通知一个线程，而后者则会通知所有线程，在通知之后，被通知的线程会判断是否满足条件函数的要求，若是符合要求，则执行其后面的函数，若是不满足要求，则回到睡眠状态。

所以：条件变量的通知函数真的就是起到一个通知的作用，告诉因为wait()而阻塞的线程可以开始运行了，但是到底什么时候运行还要看实际情况。

注意事项

notify_one() 和 notify_all() 的调用都不会立即执行实际的唤醒操作。相反，它们只是在条件变量上设置了一个唤醒标志，并在互斥锁释放之后，等待其他线程重新获取互斥锁时才会实际执行唤醒操作。
也就是说：只有能获取到互斥锁的时候才会进行唤醒，并让它去争抢互斥锁。

结尾

条件变量的内容其实很少，也比较好理解，问题在怎么去使用它。
这里我给出一段代码，这段代码是一个简单的消息队列，也是个非常简单的生产者消费者队列，实现了一个消息的发送和接收功能，配合代码食用效果更佳(重要的地方我都写了注释，希望能够帮助大家理解）：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::list<std::string> msg;

// 读取数据
void read_thread(){
	while(true){
		std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

		// 阻塞等待消息（并且解锁）
		// 有消息再执行，没消息不执行
		cv.wait(lock,[&](){ return !msg.empty(); });
		// 获取到互斥锁

		std::cout << "收到消息，解析中：" << std::endl;

		// 将数据从队列中取出
		std::cout << msg.front() << std::endl;
		msg.pop_front();
	}
}

// 写入数据
void write_thread(){
	std::cout << "请输入需要发送的数据：" << std::endl;
	std::string input;
	while(true){
		if(std::cin >> input){
			std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
			// 将数据放入队列
			msg.push_back(input);
			std::cout << "数据成功输入" << std::endl;

			// 通知read线程，有消息可以接收
			cv.notify_all();
		}
	}
}

int main(){
	std::thread write_(write_thread);
	// 后台运行
	write_.detach();
	
	std::thread read_(read_thread);
	// 后台运行
	read_.detach();

	// 阻塞主线程
	while(true);

	return 0;
}

这段代码只是一段小程序，它有很多不规范和不完美的地方。
我们还能使用原子操作atomic将程序进行优化，原子操作的相关知识可以看看我这篇文章：C++11原子操作atomic。