【并发编程十】c++线程同步——条件变量（condition_variable）

• 一、互斥
• 二、条件变量
• • 1、为何要引入条件变量?
  • 2、不使用条件变量
  • 3、使用条件变量
  • • 3.1、互斥锁有什么问题？
    • 3.2、条件变量
    • 3.3、条件变量成员函数
    • 3.4、demo
    • 3.4、总结
• 三、future
• 四、信号量

简介：
本篇文章，我们详细的介绍下c++标准库提供的线程同步方法——条件变量（condition_variable）。

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参见【并发编程九】c++线程同步——互斥（mutex）

二、条件变量 1、为何要引入条件变量?

• 例子
  在一条生产线上有一个仓库，当生产者生产时需要锁住仓库独占，而消费者去产品时也需要锁住仓库独占。
  如果，生产者发现仓库满了，那么他就不能生产了，编程了阻塞状态。但是此时生产者独占仓库，消费者又无法进入仓库消耗产品，这样就造成了一个僵死的状态。

我们需要一种机制，当互斥量被锁住以后发现当前线程还是无法完成自己的操作，那么它应该释放互斥量，让其他线程哦工作。

• 1、可以采用轮询的方式，不停的查询你需要的条件。
• 2、让系统来帮你查询条件，使用条件变量。

2、不使用条件变量

• demo

#include#include#include#include#includeusing namespace std;

mutex mtx;
dequeq;

//线程A,producer
void task1()
{int i = 0;
    while(true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.size()< 1000)
        {if (i< 999)
            {q.push_back(i);
                i++;
            }
            else
            {i = 0;
            }
        }
        else
        {// std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));;
        }
    }
}

//线程B,consumer
void task2()
{int da = 0;
    while (true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (!q.empty())
        {da = q.front();
            q.pop_front();
            cout<< "get value from que:"<< da<< endl;
            cout<< "que.size:"<< q.size()<cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    thread t2(task2);
    thread t1(task1);
 
    t1.join();
    t2.join();
}

• 输出

3、使用条件变量 3.1、互斥锁有什么问题？

• 尝试获取锁的人会一直等待，浪费cpu资源。（功耗和性能浪费）

3.2、条件变量

• 提供睡眠/唤醒机制，避免无意义的等待。

条件变量是允许多个线程相互交流的同步原语。它允许一定量的线程等待（可以定时）另一线程的提醒，然后再继续。条件变量始终关联到一个互斥。
定义于头文件

3.3、条件变量成员函数

• 通知

通知成员函数	解释
notify_one	通知一个等待的线程(公开成员函数)
notify_all	通知所有等待的线程(公开成员函数)

• 等待

等待成员函数	解释
wait	阻塞当前线程，直到条件变量被唤醒(公开成员函数)
wait_for	阻塞当前线程，直到条件变量被唤醒，或到指定时限时长后(公开成员函数)
wait_until	阻塞当前线程，直到条件变量被唤醒，或直到抵达指定时间点(公开成员函数)

简单说下，如果是新人，简单理解wait和notify_one两个函数就行了，基本就明白了条件变量的原理，如下面的demo，wait就是等待notify的通知后再执行

3.4、demo

#include#include#include#include#include#includeusing namespace std;

mutex mtx;
dequeq;
condition_variable cv;

//线程A,producer
void task1()
{int i = 0;
    while(true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.size()< 1000)
        {if (i< 99)
            {q.push_back(i);
                cv.notify_one();//cv.notify_all();
                i++;
            }
            else
            {i = 0;
            }
        }
        else
        {cv.notify_one();
            //std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));;
        }
    }
}

//线程B,consumer
void task2()
{int da = 0;
    while (true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.empty())//如果有多个消费者，此处应该为while(q.empty())
        {cv.wait(lock);
        }
        da = q.front();
        q.pop_front();
        cout<< "get value from que:"<< da<< endl;
        cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    }
}

int main()
{cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    thread t2(task2);
    thread t1(task1);
 
    t1.join();
    t2.join();
}

• 输出

• cpu占用率

3.4、总结

• 使用条件变量的意义在于，消费者在没有可消费的产品时，采用休眠，而非无意义的空转，浪费cpu的计算资源。

参考：
1、https://www.apiref.com/cpp-zh/cpp/thread.html
2、https://en.cppreference.com/w/cpp/thread
3、书籍《c++服务器开发精髓》——张远龙

三、future

• 【并发编程十一】c++线程同步——future

四、信号量

• 参见【并发编程十二】c++线程同步——信号量（semaphore）

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文章题目：【并发编程十】c++线程同步——条件变量（condition-创新互联
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