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• <condition_variable>
  • condition_variable类
    • 类方法
    • 生产者消费者模型 -- 阻塞队列
      • 单条件变量版
  • condition_variable_any模板类
    • 区别
    • 优缺点

<condition_variable>

条件变量是C++11提供的另外一种用于等待的同步机制，它能阻塞一个或多个线程，直到收到另外一个线程发出的通知或者超时时，才会唤醒当前阻塞的线程。条件变量需要和互斥量配合起来使用，C++11提供了两种条件变量：

条件变量为什么叫变量?

在计算机科学和并发编程中，条件变量是一种用于线程同步的机制，它们之所以被称为“变量”，主要有以下几个原因：

1. 状态表示：条件变量本质上是一个表示状态的对象，这个状态可以被其他线程检查和修改。变量这个词意味着它是一个可以存储和表示某种状态的实体。
2. 动态性：条件变量的状态是动态变化的。线程可以等待一个条件变量的某个状态，然后在条件满足时被唤醒。这种动态变化的特性使得它像一个普通的变量，可以在程序运行时不断变化。
3. 操作性：条件变量可以通过特定的操作来改变其状态。通常，条件变量有两个主要操作：等待（wait）和通知（signal或broadcast）。这些操作类似于对普通变量进行的读写操作，只不过这些操作影响的是线程的执行流。
4. 命名约定：在许多编程语言和库中，条件变量被设计为一种数据结构或对象，并且通常以变量的形式存在于代码中。为了与其他同步机制（如互斥锁、信号量等）区分开来，并保持命名的一致性，使用“变量”这个词来描述它们。

综上所述，条件变量被称为“变量”主要是因为它们具有状态表示的特性，可以通过操作改变状态，并在程序中以变量的形式出现，从而帮助线程实现同步。

condition_variable类

condition_variable实现在<condition_variable>中,在VS2019中 内有声明,但是GCC没有.

类方法

1. 线程等待(阻塞/休眠)函数

<code>1. void wait (unique_lock<mutex>& lck); //,解锁,进入休眠,等待唤醒

2. template <class Predicate>

void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred);

如果线程被该函数阻塞，这个线程会释放占有的互斥锁的所有权，当阻塞解除之后这个线程会重新得到互斥锁的所有权，继续向下执行

• condition_variable的wait()的lck参数无法直接使用互斥锁,必须搭配std::unique_lock<>类使用

• wait的第二重载方法中,Pred参数是一个模板参数,用于接收返回值为bool函数或函数对象/lambda表达式.

  每次唤醒在wait队列内休眠的线程时,线程都会检查Rred的值,只有为真时才会继续往下执行,否则继续休眠

  • Pred值为假,线程进入休眠,等待唤醒
  • Pred值为真,线程继续向下执行.

2. 线程通知/唤醒函数 -- (notify:通知)

<code>1. void notify_one() noexcept; //在wait队列中唤醒一个

2. void notify_all() noexcept; //全部唤醒

3. wait_for和wait_until

   wait_for()函数,waitr_until()函数都和wait()的功能是一样的，只不过多了一个阻塞时长，假设阻塞的线程没有被其他线程唤醒，当阻塞时长用完之后，线程就会自动解除阻塞，继续向下执行。

<code>wait_for

a.

template <class Clock, class Duration>

cv_status wait_until (unique_lock<mutex>& lck,

const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);

b.

template <class Clock, class Duration, class Predicate>

bool wait_until (unique_lock<mutex>& lck,

const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time, Predicate pred);

wait_until

a.

template <class Clock, class Duration>

cv_status wait_until (unique_lock<mutex>& lck,

const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);

b.

template <class Clock, class Duration, class Predicate>

bool wait_until (unique_lock<mutex>& lck,

const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time, Predicate pred);

生产者消费者模型 -- 阻塞队列

单条件变量版

运用:wait(lck), wait(lck,Pred), notify_all(), condition_variable

#include<iostream> //std::cout

#include<thread> //std::thread

#include<mutex> //std::mutex, std::unique_lock, std::lock_guard

#include<queue> //std::queue

#include<condition_variable> //std::condition_variable

#include<functional> //std::bind

//设计概要

/*

定长队列+自动管理增删

同步 == 独占互斥锁

- 生产者生产 == 增加 -- bool?生产成功返回true,放不下false --- (生产者一定知道自己已生产)生产:通知消费者

- 消费者消费 == 删除 -- bool?消费成功返回true,没有了false --- (同理) 消费:通知生产者

*/

//单条件变量版 -- 简化逻辑

template<class T>

class BlockQueue {

public:

bool isEmpty() {

return _bqueue.empty();

}

bool isFull() {

return _bqueue.size() == _capacity;

}

//AddTask

void Push(const T& t) {

std::unique_lock<std::mutex> lck(_mtx);

while (isFull()) {

cv.wait(lck);

}

_bqueue.push(t);

std::cout << "模拟插入数据..." << t << "\n";

lck.unlock();

cv.notify_all();

}

//DelTask

void Pop() {

std::unique_lock<std::mutex>lck(_mtx);

cv.wait(lck, [this]() {

bool flag = isEmpty(); //为空时休眠

return !flag; //增加可读性的策略

});

T t = _bqueue.front();

_bqueue.pop();

std::cout << "模拟处理数据..." << t << "\n";

lck.unlock();

cv.notify_all();

}

private:

std::queue<T> _bqueue;

std::mutex _mtx;

std::condition_variable cv; //必须搭配all

size_t _capacity = 5; //队列定长大小

//std::condition_variable _not_full; //非满时唤醒生产者

//std::condition_variable _not_empty; //非空时唤醒消费者

};

int main() {

BlockQueue<int> tq;

auto produce = std::bind(&BlockQueue<int>::Push, &tq, std::placeholders::_1);

auto consume = std::bind(&BlockQueue<int>::Pop, &tq);

std::thread t1[5];

std::thread t2[5];

for (int i = 0; i < 5; i++) {

t1[i] = std::thread(produce, i);

t2[i] = std::thread(consume);

}

for (int i = 0; i < 5; i++) {

t1[i].join();

t2[i].join();

}

return 0;

}

condition_variable_any模板类

condition_variable_any实现在<condition_variable>中,在VS2019中 内有声明,但是GCC没有.

区别

condition_variable_any与condition_variable的区别是

• condition_variable_any可以直接给wait()函数传互斥锁std::mutex、std::timed_mutex、std::recursive_mutex、std::recursive_timed_mutex四种.
• condition_variable在wait()时必须搭配unique_lock使用

优缺点

• condition_variable实现简单,效率更高.缺点是只能搭配std::mutex和unique_lock使用
• condition_variable_any更加灵活,但是实现复杂,效率会低一些,仅仅是低一些,对于现代计算机,这点效率损失不成问题.