condition_variable

std::condition_variable 是 C++11 提供的条件变量，用于在线程间实现"等待-通知"机制。它允许多个线程在某个条件满足前阻塞等待，并由另一个线程在条件满足时唤醒它们。

条件变量必须配合 std::mutex 和 std::unique_lock 使用，是生产者-消费者模型、线程池、异步事件等模式的核心组件。

头文件与基本特征

#include <condition_variable>

特征	说明
角色	实现线程间等待/通知
搭配	必须配合 mutex + unique_lock
通知方式	notify_one() 唤醒一个，notify_all() 唤醒全部
等待方式	wait() 阻塞直到被通知，wait_for() / wait_until() 带超时
虚假唤醒	可能存在，需要用条件谓词防护

基本用法：生产者-消费者

#include <condition_variable>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <queue>
#include <thread>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::queue<int> data;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        data.push(i);
        std::cout << "produced: " << i << '\n';
        lock.unlock();
        cv.notify_one();
    }
}

void consumer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [] { return !data.empty(); });
        int val = data.front();
        data.pop();
        lock.unlock();
        std::cout << "consumed: " << val << '\n';
    }
}

int main() {
    std::thread t1(producer);
    std::thread t2(consumer);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

常用接口

接口	作用
wait(lock)	阻塞，直到被通知
wait(lock, pred)	带谓词等待，防止虚假唤醒
wait_for(lock, duration, pred)	等待一段时间
wait_until(lock, time_point, pred)	等到指定时间点
notify_one()	唤醒一个等待线程
notify_all()	唤醒所有等待线程

使用注意

1. 始终用带谓词的 wait(lock, pred)，避免虚假唤醒导致逻辑错误。
2. notify_one() 不保证哪个线程被唤醒，只保证至少唤醒一个。
3. 条件变量必须在 lock 持有期间调用 wait()，内部会在等待时释放锁。
4. 如果生产者比消费者先 notify，没人等待时 notify 会丢失，这是正常的——用队列这类中间状态解决。

小结

std::condition_variable 是 C++11 多线程的等待/通知原语，解决了"线程 B 等待线程 A 的状态变化"这一通用问题。配合 mutex + unique_lock，足以实现生产者-消费者、线程池、栅栏等常见并发模型。