C++ 條件變數(condition_variable)
- 2020 年 2 月 15 日
- 筆記
先貼一個condition_variable的講解：https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable，很詳細也很全面，但是是英文的，勸退了一部分英語不好的人(也包括我)，但是藉助翻譯還是大概可以看下來的，而且裡面的兩個程式碼也很有代表性，使用的生產者消費者模式，推給大家。
condition_variable是一個類，搭配互斥量mutex來用，這個類有它自己的一些函數，這裡就主要講wait函數和notify_*函數，故名思意，wait就是有一個等待的作用，notify就是有一個通知的作用。主要用法這裡就不再贅述了，簡而言之就是程式運行到wait函數的時候會先在此阻塞，然後自動unlock，那麼其他執行緒在拿到鎖以後就會往下運行，當運行到notify_one()函數的時候，就會喚醒wait函數，然後自動lock並繼續下運行。
當然wait還有第二個參數，這個參數接收一個布爾類型的值，當這個布爾類型的值為false的時候執行緒就會被阻塞在這裡，只有當該執行緒被喚醒之後，且第二參數為true才會往下運行。
notify_one()每次只能喚醒一個執行緒，那麼notify_all()函數的作用就是可以喚醒所有的執行緒，但是最終能搶奪鎖的只有一個執行緒，或者說有多個執行緒在wait，但是用notify_one()去喚醒其中一個執行緒，那麼這些執行緒就出現了去爭奪互斥量的一個情況，那麼最終沒有獲得鎖的控制權的執行緒就會再次回到阻塞的狀態，那麼對於這些沒有搶到控制權的這個過程就叫做虛假喚醒。那麼對於虛假喚醒的解決方法就是加一個while循環，比如下面這樣：
while (que.size() == 0) { cr.wait(lck); }
這個就是當執行緒被喚醒以後，先進行判斷，是否可以去操作，如果可以再去運行下面的程式碼，否則繼續在循環內執行wait函數。
補充一個小的知識點，上面所說的多個執行緒等待一個喚醒的情況叫做驚群效應(了解的不多，大家可以自己查一下)。
下面就貼一個生產者消費者模式的程式碼：
#include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <queue> #include <windows.h> #include <condition_variable> std::mutex mtx; // 全局互斥鎖 std::queue<int> que; // 全局消息隊列 std::condition_variable cr; // 全局條件變數 int cnt = 1; // 數據 void producer() { while(true) { { std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); // 在這裡也可以加上wait 防止隊列堆積 while(que.size() >= MaxSize) que.wait(); que.push(cnt); std::cout << "向隊列中添加數據：" << cnt ++ << std::endl; // 這裡用大括弧括起來了 為了避免出現虛假喚醒的情況 所以先unlock 再去喚醒 } cr.notify_all(); // 喚醒所有wait } } void consumer() { while (true) { std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); while (que.size() == 0) { // 這裡防止出現虛假喚醒 所以在喚醒後再判斷一次 cr.wait(lck); } int tmp = que.front(); std::cout << "從隊列中取出數據：" << tmp << std::endl; que.pop(); } } int main() { std::thread thd1[2], thd2[2]; for (int i = 0; i < 2; i++) { thd1[i] = std::thread(producer); thd2[i] = std::thread(consumer); thd1[i].join(); thd2[i].join(); } return 0; }
