【C++多线程】条件变量condition_variable

面向的问题

　　当一个线程等待另一个线程完成任务时，它会有很多选择。

• 第一，它可以持续的检查共享数据标志(用于做保护工作的互斥量)，直到另一线程完成工作时对这个标志进行重设。不过，就是一种浪费：线程消耗宝贵的执行时间持续的检查对应标志，并且当互斥量被等待线程上锁后，其他线程就没有办法获取锁，这样线程就会持续等待。
• 第二个选择l是周期轮询，在等待线程在检查间隙，使用 std::this_thread::sleep_for() 进行周期性的间歇在这个循环中，在休眠前，函数对互斥量进行解锁，并且在休眠结束后再对互斥量进行上锁，所以另外的线程就有机会获取锁并设置标识。
• 第三个选择(也是优先的选择)是，使用C++标准库提供的条件变量condition_variable去等待事件的发生。通过另一线程触发等待事件的机制是最基本的唤醒方式。

condition_variable

　　std::condition_variable 和 std::condition_variable_any 。这两个实现都包含在 <mutex> 或者<condition_variable>头文件的声明中。两者都需要与一个互斥量一起才能工作(互斥量是为了同步)；std::condition_variable仅限于与 std::mutex 一起工作，而后者可以和任何满足最低标准的互斥量一起工作，从而加上了_any的后缀。因为 std::condition_variable_any 更加通用，这就可能从体积、性能，以及系统资源的使用方面产生额外的开销。

 wait()和notify_one()

std::mutex mymutex1;
std::unique_lock<std::mutex> sbguard1(mymutex1);
std::condition_variable condition;
condition.wait(sbguard1, [this] {if (!msgRecvQueue.empty())
                                    return true;
                                return false;
                                });
8//没有第二个参数时
condition.wait(sbguard1);

　　　wait()用来等一个事件或者条件满足，如果第二个参数（可调对象）的lambda表达式返回值是false，即条件不满足，那么wait()将解锁互斥量，并阻塞到本行，如果第二个参数的lambda表达式返回值是true，那么wait()直接返回并继续执行。

　　阻塞到什么时候为止呢？阻塞到其他某个线程调用notify_one()成员函数唤醒为止；

　　如果没有第二个参数，那么效果跟第二个参数lambda表达式返回false效果一样。

　　wait()将解锁互斥量，并阻塞到本行，直到到其他某个线程调用notify_one()成员函数为止。

　　当其他线程用notify_one()将本线程wait()唤醒后，这个wait被唤醒后

　　1、wait()不断尝试获取互斥量锁，如果获取不到那么流程就卡在wait()这里等待获取，如果获取到了，那么wait()就继续执行，获取到了锁

　　2.1、如果wait有第二个参数就判断这个lambda表达式。

　　　　a)如果表达式为false，那wait又对互斥量解锁，然后又休眠，等待再次被notify_one()唤醒
　　　　b)如果lambda表达式为true，则wait返回，流程可以继续执行（此时互斥量已被锁住）。
　　2.2、如果wait没有第二个参数，则wait返回，流程走下去。

　　流程只要走到了wait()下面则互斥量一定被锁住了。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <list>
#include <mutex>
using namespace std;
 
class A {
public:
    void inMsgRecvQueue() {
        for (int i = 0; i < 100000; ++i) 
        {
            cout << "inMsgRecvQueue插入一个元素" << i << endl;

            std::unique_lock<std::mutex> sbguard1(mymutex1);
            msgRecvQueue.push_back(i); 
            //尝试把wait()线程唤醒,执行完这行，
            //那么outMsgRecvQueue()里的wait就会被唤醒
            //只有当另外一个线程正在执行wait()时notify_one()才会起效，否则没有作用
            condition.notify_one();
        }
    }
 
    void outMsgRecvQueue() {
        int command = 0;
        while (true) {
            std::unique_lock<std::mutex> sbguard2(mymutex1);
            // wait()用来等一个东西
            // 如果第二个参数的lambda表达式返回值是false，那么wait()将解锁互斥量，并阻塞到本行
            // 阻塞到什么时候为止呢？阻塞到其他某个线程调用notify_one()成员函数为止；
            //当 wait() 被 notify_one() 激活时，会先执行它的 条件判断表达式 是否为 true，
            //如果为true才会继续往下执行
            condition.wait(sbguard2, [this] {
                if (!msgRecvQueue.empty())
                    return true;
                return false;});
            command = msgRecvQueue.front();
            msgRecvQueue.pop_front();
            //因为unique_lock的灵活性，我们可以随时unlock，以免锁住太长时间
            sbguard2.unlock(); 
            cout << "outMsgRecvQueue()执行，取出第一个元素" << endl;
        }
    }
 
private:
    std::list<int> msgRecvQueue;
    std::mutex mymutex1;
    std::condition_variable condition;
};
 
int main() {
    A myobja;
    std::thread myoutobj(&A::outMsgRecvQueue, &myobja);
    std::thread myinobj(&A::inMsgRecvQueue, &myobja);
    myinobj.join();
    myoutobj.join();
}

　　上面的代码可能导致出现一种情况：因为outMsgRecvQueue()与inMsgRecvQueue()并不是一对一执行的，所以当程序循环执行很多次以后，可能在msgRecvQueue 中已经有了很多消息，但是，outMsgRecvQueue还是被唤醒一次只处理一条数据。这时可以考虑把outMsgRecvQueue多执行几次，或者对inMsgRecvQueue进行限流。

notify_all()

　　同时通知所有等待线程，但是需要注意的是，如果所有线程只有一个线程可以拿到互斥量，那么也只有一个线程可以继续执行。

　　对使用读写锁的多个读线程，可以同时被唤醒并同时继续工作。

拓展

　　当等待一个一次性事件时，condition_variable显然不是最好的选择，这时需要的是future。