C++ 条件变量
condition_variable
condition_variable 类是同步原语,能用于阻塞一个线程,或同时阻塞多个线程,直至另一线程修改共享变量(条件)并通知 condition_variable 。
有意修改变量的线程必须
- 获得 std::mutex (常通过 std::lock_guard )
- 在保有锁时进行修改
- 在 std::condition_variable 上执行 notify_one 或 notify_all(不需要为通知保有锁)
即使共享变量是原子的,也必须在互斥下修改它,以正确地发布修改到等待的线程。
任何有意在 std::condition_variable 上等待的线程必须
- 在与用于保护共享变量者相同的互斥上获得 std::unique_lockstd::mutex
- 执行下列之一:
- 检查条件,是否为已更新或提醒它的情况
- 执行 wait 、 wait_for 或 wait_until ,等待操作自动释放互斥,并悬挂线程的执行。
- condition_variable 被通知时,时限消失或虚假唤醒发生,线程被唤醒,且自动重获得互斥。之后线程应检查条件,若唤醒是虚假的,则继续等待。
- 或者使用 wait 、 wait_for 及 wait_until 的有谓词重载,它们包揽以上三个步骤
std::condition_variable 只可与 std::unique_lockstd::mutex 一同使用;此限制在一些平台上允许最大效率。 std::condition_variable_any 提供可与任何基本可锁定 (BasicLockable) 对象,例如 std::shared_lock 一同使用的条件变量。
condition_variable 容许 wait 、 wait_for 、 wait_until 、 notify_one 及 notify_all 成员函数的同时调用。
类 std::condition_variable 是标准布局类型 (StandardLayoutType) 。它非可复制构造 (CopyConstructible) 、可移动构造 (MoveConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 或可移动赋值 (MoveAssignable) 。
成员类型 定义
native_handle_type 实现定义
成员函数
(构造函数)构造对象(公开成员函数)
(析构函数) 析构对象(公开成员函数)
operator= [被删除]不可复制赋值(公开成员函数)
通知
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
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)
原生句柄
native_handle 返回原生句柄(公开成员函数)
#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool ready = false;
bool processed = false;
void worker_thread()
{
// 等待直至 main() 发送数据
std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
cv.wait(lk, []{return ready;});
// 等待后,我们占有锁。
std::cout << "Worker thread is processing data\n";
data += " after processing";
// 发送数据回 main()
processed = true;
std::cout << "Worker thread signals data processing completed\n";
// 通知前完成手动解锁,以避免等待线程才被唤醒就阻塞(细节见 notify_one )
lk.unlock();
cv.notify_one();
}
int main()
{
std::thread worker(worker_thread);
data = "Example data";
// 发送数据到 worker 线程
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
ready = true;
std::cout << "main() signals data ready for processing\n";
}
cv.notify_one();
// 等候 worker
{
std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
cv.wait(lk, []{return processed;});
}
std::cout << "Back in main(), data = " << data << '\n';
worker.join();
}
输出:
main() signals data ready for processing
Worker thread is processing data
Worker thread signals data processing completed
Back in main(), data = Example data after processing
condition_variable_any
condition_variable_any 类是 std::condition_variable 的泛化。相对于只在 std::unique_lock< std::mutex> 上工作的 std::condition_variable , condition_variable_any 能在任何满足基本可锁定 (BasicLockable) 要求的锁上工作。
类 std::condition_variable_any 是标准布局类型 (StandardLayoutType) 。它非可复制构造 (CopyConstructible) 、可移动构造 (MoveConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 或可移动赋值 (MoveAssignable) 。
若锁是 std::unique_lock ,则 std::condition_variable 可能提供更好的性能。
成员函数
(构造函数) 构造对象(公开成员函数)
(析构函数) 析构对象(公开成员函数)
operator=[被删除] 不可复制赋值(公开成员函数)
通知
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
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)
注解
std::condition_variable_any 能与 std::shared_lock 一同使用,以在 std::shared_mutex 上以共享所有权模式等待。
std::condition_variable_any 与定制可锁定 (Lockable) 类型的一种可行使用是提供便利的可中断等待:定制所操作将按期待锁定关联互斥,并在收到中断信号时进行必要的设置,以通知此条件变量。