• 条件变量condition_variable


    C++ 条件变量(condition_variable)

    先贴一个condition_variable的讲解:https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable,很详细也很全面,但是是英文的,劝退了一部分英语不好的人(也包括我),但是借助翻译还是大概可以看下来的,而且里面的两个代码也很有代表性,使用的生产者消费者模式,推给大家。

    condition_variable是一个类,搭配互斥量mutex来用,这个类有它自己的一些函数,这里就主要讲wait函数和notify_*函数,故名思意,wait就是有一个等待的作用,notify就是有一个通知的作用。主要用法这里就不再赘述了,简而言之就是程序运行到wait函数的时候会先在此阻塞,然后自动unlock,那么其他线程在拿到锁以后就会往下运行,当运行到notify_one()函数的时候,就会唤醒wait函数,然后自动lock并继续下运行。

    当然wait还有第二个参数,这个参数接收一个布尔类型的值,当这个布尔类型的值为false的时候线程就会被阻塞在这里,只有当该线程被唤醒之后,且第二参数为true才会往下运行。

    notify_one()每次只能唤醒一个线程,那么notify_all()函数的作用就是可以唤醒所有的线程,但是最终能抢夺锁的只有一个线程,或者说有多个线程在wait,但是用notify_one()去唤醒其中一个线程,那么这些线程就出现了去争夺互斥量的一个情况,那么最终没有获得锁的控制权的线程就会再次回到阻塞的状态,那么对于这些没有抢到控制权的这个过程就叫做虚假唤醒。那么对于虚假唤醒的解决方法就是加一个while循环,比如下面这样:
    while (que.size() == 0) { cr.wait(lck); }
    这个就是当线程被唤醒以后,先进行判断,是否可以去操作,如果可以再去运行下面的代码,否则继续在循环内执行wait函数。

    补充一个小的知识点,上面所说的多个线程等待一个唤醒的情况叫做惊群效应(了解的不多,大家可以自己查一下)。

    下面就贴一个生产者消费者模式的代码:

    #include <iostream>
    #include <thread>
    #include <mutex>
    #include <queue>
    #include <windows.h>
    #include <condition_variable>
    
    std::mutex mtx;             // 全局互斥锁
    std::queue<int> que;        // 全局消息队列
    std::condition_variable cr; // 全局条件变量
    int cnt = 1;                // 数据
    
    void producer()
    {
      while (true)
      {
        {
          std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
          // 在这里也可以加上wait 防止队列堆积  while(que.size() >= MaxSize) que.wait();
          que.push(cnt);
          std::cout << "向队列中添加数据:" << cnt++ << std::endl;
          // 这里用大括号括起来了 为了避免出现虚假唤醒的情况 所以先unlock 再去唤醒
        }
        cr.notify_all(); // 唤醒所有wait
      }
    }
    
    void consumer()
    {
      while (true)
      {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        while (que.size() == 0)
        { // 这里防止出现虚假唤醒  所以在唤醒后再判断一次
          cr.wait(lck);
        }
        int tmp = que.front();
        std::cout << "从队列中取出数据:" << tmp << std::endl;
        que.pop();
      }
    }
    
    int main()
    {
      std::thread thd1[2], thd2[2];
      for (int i = 0; i < 2; i++)
      {
        thd1[i] = std::thread(producer);
        thd2[i] = std::thread(consumer);
        thd1[i].join();
        thd2[i].join();
      }
      return 0;
    }
    
    
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