[编程基础] C++多线程入门7-条件变量介绍

原始C++标准仅支持单线程编程。新的C++标准(称为C++11或C++0x)于2011年发布。在C++11中，引入了新的线程库。因此运行本文程序需要C++至少符合C++11标准。

文章目录

• 7 条件变量介绍
• • 7.1 条件变量
  • 7.2 std::condition_variable的主要成员函数
  • 7.3 解决问题的方法
  • 7.4 参考

7 条件变量介绍

在本文中，我们将通过示例讨论C ++ 11多线程中条件变量的用法。

7.1 条件变量

条件变量是一种事件，用于在两个或多个线程之间发出信号。一个或多个线程可以等待它发出信号，而另一个线程可以发出信号。
C ++ 11中的条件变量所需的头文件是：

#include <condition_variable>

需要互斥锁以及条件变量。
条件变量如何实际起作用：

• 线程1调用等待条件变量，该变量在内部获取互斥锁并检查是否满足所需条件。
• 如果不是，则释放锁并等待条件变量发出信号(线程被阻塞)。条件变量的wait()函数以自动方式提供这两种操作。
• 当满足条件时，另一个线程即线程2会发出条件变量信号。
• 一旦收到条件变量的信号，等待它的线程1恢复。然后，它再次获取互斥锁，并检查与条件变量关联的条件是否真正满足或是否为上级调用。如果有多个线程在等待，那么notify_one将仅解除阻塞一个线程。
• 如果是上级调用，则再次调用wait()函数。

7.2 std::condition_variable的主要成员函数

std::condition_variable的主要成员函数是：
Wait()
该函数使当前线程阻塞，直到信号通知条件变量或发生虚假唤醒为止。
它自动释放附加的互斥锁，阻塞当前线程，并将其添加到等待当前条件变量对象的线程列表中。当某些线程在同一条件变量对象上调用notify_one()或notify_all()时，该线程将被解除阻塞。它也可能会被虚假地解除阻塞，因此，每次解除阻塞后，都需要再次检查条件。
回调将作为参数传递给此函数，该函数将被调用以检查它是否是虚假调用或是否实际满足条件。wait()函数重新获取互斥锁并检查是否满足实际条件。如果不满足条件，则再次自动释放附加的互斥锁，阻塞当前线程，并将其添加到等待当前条件变量对象的线程列表中。

notify_one()
如果有任何线程在同一条件变量对象上等待，则notify_one解除阻塞其中一个等待线程。

notify_all()
如果有任何线程在相同的条件变量对象上等待，则notify_all解除所有等待线程的阻塞。

7.3 解决问题的方法

假设我们正在构建一个基于网络的应用程序。该应用程序执行以下任务，

• 与服务器进行一些握手
• 从XML文件加载数据。
• 对从XML加载的数据进行处理。

如我们所见，任务1不依赖于任何其他任务，但是任务3依赖于任务2。因此，这意味着任务1和任务2可以由不同的线程并行运行以提高应用程序的性能。因此，让我们将其分解为一个多线程应用程序，

线程1的职责是

• 与服务器进行一些连接
• 等待线程2从XML加载数据
• 对从XML加载的数据进行处理

线程2的职责是

• 从XML加载数据
• 通知另一个线程，即等待消息

使用条件变量实现此目的的代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <functional>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std::placeholders;
class Application
{
	std::mutex m_mutex;
	std::condition_variable m_condVar;
	bool m_bDataLoaded;
public:
	Application()
	{
		m_bDataLoaded = false;
	}
	void loadData()
	{
		// Make This Thread sleep for 1 Second
		// 等待1秒
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
		std::cout << "Loading Data from XML" << std::endl;
		// Lock The Data structure
		// 锁定数据结构
		std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
		// Set the flag to true, means data is loaded
		// 设定数据被加载
		m_bDataLoaded = true;
		// Notify the condition variable
		// 通知变量
		m_condVar.notify_one();
	}
	bool isDataLoaded()
	{
		return m_bDataLoaded;
	}
	void mainTask()
	{
		std::cout << "Do Some Handshaking" << std::endl;
		// Acquire the lock
		std::unique_lock<std::mutex> mlock(m_mutex);
		// Start waiting for the Condition Variable to get signaled
		// Wait() will internally release the lock and make the thread to block
		// As soon as condition variable get signaled, resume the thread and
		// again acquire the lock. Then check if condition is met or not
		// If condition is met then continue else again go in wait.
		// 开始等待条件变量收到信号，Wait()将在内部释放锁并使线程阻塞，一旦条件变量得到信号，就恢复线程并再次获得锁。
		//然后检查是否满足条件，如果条件满足，则继续，否则继续等待。
		m_condVar.wait(mlock, std::bind(&Application::isDataLoaded, this));
		std::cout << "Do Processing On loaded Data" << std::endl;
	}
};
int main()
{
	Application app;
	std::thread thread_1(&Application::mainTask, &app);
	std::thread thread_2(&Application::loadData, &app);
	thread_2.join();
	thread_1.join();
	return 0;
}

输出为：

Do Some Handshaking
Loading Data from XML
Do Processing On loaded Data

7.4 参考

https://thispointer.com//c11-multithreading-part-7-condition-variables-explained/