Biblioteca estándar de C++<condition_variable>

En la programación multiproceso, la sincronización entre hilos es un problema muy importante.

El estándar C++11 introdujo<condition_variable>el archivo de cabecera, que proporciona un mecanismo que permite a los hilos suspenderse cuando ciertas condiciones no se cumplen, hasta que otros hilos les notifiquen que las condiciones ya se cumplen.

condition_variableEs una herramienta de alto nivel para la sincronización entre hilos, que es más segura y conveniente que el uso de primitivas de sincronización de bajo nivel (como bloqueos mutex y variables de condición).

condition_variableEs una plantilla de clase utilizada para implementar la sincronización entre hilos en entornos multiproceso. Permite que uno o más hilos esperen a que una condición se vuelva verdadera, mientras que otros hilos pueden despertar a esos hilos en espera.

Sintaxis

A continuación se muestracondition_variablela sintaxis básica de:

#include <condition_variable>

void notify_one() {
    // 唤醒一个等待的线程
}

void notify_all() {
    // 唤醒所有等待的线程
}

template <class Mutex>
class condition_variable {
public:
    condition_variable();
    ~condition_variable();

    void wait(unique_lock<mutex>& lock);
    void wait_for(unique_lock<mutex>& lock, chrono::duration<Rep, Period> const& rel_time);
    void wait_until(unique_lock<mutex>& lock, chrono::time_point<Clock, Duration> const& abs_time);

    void notify_one() noexcept;
    void notify_all() noexcept;
};

Ejemplo

A continuación se muestra el uso decondition_variableun ejemplo sencillo que demuestra la implementación básica del problema productor-consumidor.

Ejemplo

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

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

void producer(int id) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        product.push(id * 100 + i);
        std::cout << "Producer " << id << " produced " << product.back() << std::endl;
        cv.notify_one();
        lck.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void consumer(int id) {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        cv.wait(lck, []{ return !product.empty(); });
        if (!product.empty()) {
            int prod = product.front();
            product.pop();
            std::cout << "Consumer " << id << " consumed " << prod << std::endl;
        }
        lck.unlock();
    }
}

int main() {
    std::thread producers[2];
    std::thread consumers[2];

    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        producers[i] = std::thread(producer, i + 1);
    }

    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        consumers[i] = std::thread(consumer, i + 1);
    }

    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        producers[i].join();
        consumers[i].join();
    }

    return 0;
}

La salida de este programa puede variar, ya que depende de la planificación de hilos. Sin embargo, verá que el productor produce productos y luego el consumidor los consume. La salida será similar a:

Producer 1 produced 100
Producer 2 produced 200
Consumer 1 consumed 100
Producer 1 produced 101
Consumer 2 consumed 200
Producer 2 produced 201
Consumer 1 consumed 101
...

Notas

  • Al usarcondition_variable, debe asegurarse de adquirir el bloqueo mutex antes de esperar y liberarlo después de despertar.
  • wait、wait_forywait_untilLas funciones liberan el mutex y luego lo vuelven a adquirir durante la espera.
  • notify_oneDespierta a un hilo en espera, ynotify_alldespierta a todos los hilos en espera.
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