深入理解C++ condition_variable（C++多线程同步与线程间通信实战指南）

什么是 condition_variable？

std::condition_variable 是 C++11 引入的标准库组件，定义在 <condition_variable> 头文件中。它通常与 std::mutex 配合使用，用于实现线程间的条件等待和通知机制。

简单来说，C++多线程同步 中经常遇到这样的场景：一个线程需要等待某个数据准备好后才能继续处理，而另一个线程负责准备数据。这时就可以使用 condition_variable 来高效地协调这两个线程，避免忙等待（busy-waiting）浪费 CPU 资源。

基本用法示例

下面是一个经典的“生产者-消费者”模型，展示了如何使用 condition_variable 实现 C++线程间通信：

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>#include <queue>std::queue<int> data_queue;std::mutex mtx;std::condition_variable cv;bool ready = false;// 消费者线程void consumer() {    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);    // 等待条件成立：ready 为 true 且队列非空    cv.wait(lock, []{ return !data_queue.empty(); });        std::cout << "消费数据: " << data_queue.front() << std::endl;    data_queue.pop();}// 生产者线程void producer(int value) {    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);    data_queue.push(value);    ready = true;    cv.notify_one(); // 通知一个等待的线程}int main() {    std::thread t1(consumer);    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 确保消费者先启动    std::thread t2(producer, 42);    t1.join();    t2.join();    return 0;}

关键点解析

• 必须配合 mutex 使用：condition_variable 的 wait 操作会自动释放 mutex，并在被唤醒后重新获取 mutex，保证线程安全。
• 使用谓词（Predicate）：推荐使用带 lambda 表达式的 wait，防止“虚假唤醒”（spurious wakeup）。
• notify_one vs notify_all：前者只唤醒一个等待线程，后者唤醒所有。根据实际需求选择，避免不必要的上下文切换。

常见误区与最佳实践

许多初学者在使用 condition_variable 时容易犯错。以下是几个重要建议：

1. 不要在未加锁的情况下修改共享状态：所有对共享变量（如 ready 或 data_queue）的修改都应在 mutex 保护下进行。
2. 避免在 wait 之后立即 unlock：wait 返回时已持有锁，可直接操作共享数据。
3. 优先使用 wait(predicate) 形式，而不是裸 wait()，以增强代码健壮性。

总结

std::condition_variable 是实现高效 C++多线程同步 和 C++线程间通信 的核心工具之一。通过合理使用 mutex 和 condition_variable，你可以构建出响应迅速、资源利用率高的并发程序。

希望这篇 condition_variable使用教程 能帮助你彻底理解这一强大机制。动手实践是掌握多线程编程的关键，不妨尝试修改上面的代码，加入多个生产者或消费者，观察程序行为！

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