C++ — 条件变量

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–1 条件变量的目的：

条件变量（std::condition_variable）是 C++ 中用于线程间同步的一种机制。它的主要目的是允许一个线程等待某个条件成立，而另一个线程在条件成立时通知等待的线程。条件变量通常与互斥锁（std::mutex）一起使用，以确保线程安全地访问共享资源。

–2 可不可以不带条件？

条件变量的核心是“条件”，即某个共享资源的状态。如果不带条件，那么条件变量就失去了其存在的意义。没有条件的情况下，线程间的同步将无法实现，因为线程无法知道何时应该等待或何时应该继续执行。

–3 为什么需要锁？

条件变量通常与互斥锁一起使用，因为条件变量所等待的条件通常是某个共享资源的状态。为了确保线程安全地访问和修改共享资源，必须使用锁来保护这些资源。

• 等待时：当一个线程等待某个条件成立时，它需要释放锁，以便其他线程可以修改共享资源。否则，如果线程在持有锁的情况下等待，其他线程将无法获取锁来修改共享资源，从而导致死锁。
• 唤醒时：当一个线程修改了共享资源并通知等待的线程时，它需要持有锁，以确保在通知时共享资源的状态是稳定的。

通俗点理解，可以认为有两个线程，一个生产者一个消费者，这里的条件就是“东西是否生成好了”，消费者判断好了，则消费，没好则进入等待，生产者不需要判断，生产好了就调用一次唤醒。

–4 为什么 cv.wait()需要传入锁？

cv.wait() 需要传入一个锁（通常是 std::unique_lock<std::mutex>），原因如下：

进入wait之后，内部的伪代码如下，解锁 — 阻塞等待 — 释放锁，这里的解锁就是为了让别的线程可以进入唤醒的程序：

• 避免死锁：cv.wait() 在等待时会自动释放传入的锁，允许其他线程获取锁并修改共享资源。如果没有传入锁，等待线程将一直持有锁，导致其他线程无法获取锁，从而无法修改共享资源或通知等待的线程，最终导致死锁。
• 唤醒时重新获取锁：当条件变量被通知时，cv.wait() 会自动重新获取锁，确保线程在继续执行时能够安全地访问共享资源。

–5 为什么需要传入条件？

传入条件的原因是为了避免虚假唤醒。虚假唤醒是指线程在没有收到通知的情况下从等待状态中唤醒，这可能来自于系统底层调度，C++ 默认是允许这种情况出现的。为了避免这种情况，通常会在 cv.wait() 中传入一个条件（通常是一个 lambda 表达式），线程在唤醒后会检查条件是否成立。如果条件不成立，线程会继续等待。

cv.wait(lock, []{ return shared_resource_ready; });

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传入条件后的伪代码如下，当出现虚假唤醒的时候，会重新进入等待：

–6 丢失唤醒怎么办？

在使用条件变量时，可能会遇到丢失唤醒（Lost Wake-up）的问题。丢失唤醒指的是在某个线程调用 cv.notify_one() 或 cv.notify_all() 时，等待的线程还没有进入 cv.wait() 状态，导致通知被“丢失”，等待的线程可能会一直阻塞。

（1） 进入wait之前需要判断wait是否有必要，比如已经有足够的数据等待消费了，就不应该进入等待

（2） 如果唤醒是循环调用的，其实是没有影响的，因为唤醒是幂等的，这次错过了，下次唤醒也可以

–7 总结：

–1 条件变量是作用于线程间同步的

–2 条件往往是某个共享资源，因此需要锁

–3 cv.wait 并不会持有锁，阻塞期间会释放锁，让notify线程可以操作共享资源

–4 注意虚假唤醒和丢失唤醒的情况