c++11多线程记录6：条件变量（condition variables）

https://www.youtube.com/watch?v=13dFggo4t_I视频地址

实例1

考虑这样一个场景：存在一个全局队列deque，线程A向deque中推入数据（写），线程B从deque中取出数据（读）.

deque这个资源对象就需要用mutex做访问控制，代码如下：

std::deque<int> q;
std::mutex mu;

void func1() {
    int ct = 10;
    while (ct > 0) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);
        q.push_front(ct);
        lock.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
        ct --;
    }
}

void func2() {
    int data = 0;
    while (data != 1 ) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);
        if (!q.empty()) {
            data = q.back();
            q.pop_back();
            lock.unlock();
            ...
        } else {
            lock.unlock();
        }
    }
}

int main() {
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

线程t1中，循环向队列中推入数据，每次睡眠1秒；做为“生产者”.

线程t2中，不断地从队列中读出数据（先判断是否有数据）；做为“消费者”.

存在一个问题：线程t2中，会先判断deque是否为空；如果为空，会执行unlock，然后马上进入下一次循环，造成busy waiting（反复频繁地判断某一状态是否为true）.

一种解决方法如下：

void func2() {
    ...
    } else {
        lock.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
    }
}

在发现队列为空时睡眠一段时间time，可以一定程度上解决问题。

但是变量time设置成什么数值并不好确定；设置的过小，可能会回到busy waiting；设置的过大，会导致不能及时的获取数据

Condition variable

用条件变量可以很好的处理这个问题，让消费者不用“盲目等待”

std::deque<int> q;
std::mutex mu;
std::condition_variable cond;

void func1() {
    int ct = 10;
    while (ct > 0) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);
        q.push_front(ct);
        lock.unlock();
        cond.notify_one(); // wake up one waiting thread
        // cond.notify_all(); // wake up all waiting threads
        std::this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
        ct --;
    }
}

void func2() {
    int data = 0;
    while (data != 1 ) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mu);
        cond.wait(lock, [](){ return !q.empty(); });
        data = q.back();
        q.pop_back();
        lock.unlock();
    }
}

生产者线程中，数据被推入deque后执行notify_one()，就可以唤醒某一个线程；类似于银行柜台叫号.

消费者线程中，只需要cond.wait(lock,...)，睡眠等待，直到被“叫号”；睡眠等待过程中不占用cpu时间.(被唤醒时，第二个参数如果返回false会继续睡眠，为true则会往下执行)

注意这里cond.wait(lock)进入睡眠之前会先释放对lock的占用；被唤醒时会先占用mutex.

小结

condition_variable粗略的说，可能类似一个“唤醒服务”.