关于Condition Variable的一些思考

可能大家都使用过condition variable（之后称cv），一些博客也对cv做了介绍，但是有的说的不完全正确，甚至有误导使用者的倾向，其实最合理的使用方式是查阅文档，

如果你英语还ok的话，http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable 读一遍即可 完全没有必要看我写的这些砖块，但是我的blog可能思路上更贴近初学者，可以借鉴一下。

背景不过多做介绍，使用condition variable的时候都要配合mutex使用，那么mutex就是为了什么呢，为什么要用这个东西呢？

为什么要这样设计？mutex多余吗？他是用来保护什么数据呢？

ok！让我们来从零开始。

condition variable的初衷是为了wait某一个东东变成true或false，然后此线程继续进行。

按照此需求，大概的代码应该是这样：

//version 1.0
Thread 1:
cv.wait();
Thread 2:
cv.signal();

这样的话有一个很严重的问题，如果t2先执行，那么t1岂不是永远停在那里了！这样与我们最初的构想完全不符！

于是产生了下面的写法：

//version 2.0
bool signaled = false;
thread 1：
if(!signaled)
　　cv.wait();
thread 2:
cv.signal();
signaled = true;

看上去不错吧！但是犯了一个很白痴的错误，bool并不是thread safe的，所以

//version 2.1
bool signaled = false;
thread 1：
lock;
if(!signaled) //1
　　unlock;
　　cv.wait(); //2
thread 2:
cv.signal(); //3
lock;
signaled = true; //4
unlock;

这样我们把signaled保护起来，保证thread safe了，会有什么问题吗？

当然有问题！如果执行顺序是这样的话，3-1-4-2 那么thread 1永远wait在那里了！

欸！为什么会这样呢！让我们从长计议！一开始为了保证signal是否发出，我们增加了一个标志位来判断是否信号已经发出，如果已经发出，那么cv不需要等待。接着，我们对thread safe进行了保证，然后现在又出现了执行顺序的问题！

仔 细思考一下，就会发现，其实导致问题的原因就在于需求的原子性并没有很好的用c++表达出来，你想想，thread 1的意思翻译成汉语就是“如果没有信号没有触发，那么我就等”，thread 2的意思很明显就是“触发！”，但是触发一句话到了c++语义中就变成了两个语句，多个指令，那么你很难满足我的需求，至少在不进行原子性语句约束的情况 下你无法满足我的需求。

所以 thread 1 这段代码就是一团糟！当进行wait操作之前，你能确定signaled为false吗？答案是否定的。

或者说thread 2 这段代码 当你signal之后，你的signaled马上变成true了吗？ 答案也是否定的，你如果无法保证这两个语句的原子性，那么就无法达到需求。

所以我们继续修改：

//version 3.0
bool signaled = false;
thread 1：
lock;
if(!signaled) //1
　　cv.wait(); //2
unlock;
thread 2:
lock;
cv.signal(); //3
signaled = true; //4
unlock;

这样就ok了！但是如果你听说过spurious wakeup（可以自行查阅一下），那么3.0依然是不够完善的，

最终的版本是：

//version 4.0
bool signaled = false;
thread 1：
lock;
while(!signaled) //1
　　cv.wait(); //2
unlock;
thread 2:
lock;
cv.signal(); //3
signaled = true; //4
unlock;

然后我们回到最初的问题上去，为什么需要传入一个参数mutex，答案就很显然了，是为了让cv进行unlock操作的，当cv拿回线程的权杖的时候，再把mutex lock上，保证对称性。