【并發(fā)編程十】c++線程同步——條件變量（condition_variable）

• 一、互斥
• 二、條件變量
• • 1、為何要引入條件變量?
  • 2、不使用條件變量
  • 3、使用條件變量
  • • 3.1、互斥鎖有什么問題？
    • 3.2、條件變量
    • 3.3、條件變量成員函數(shù)
    • 3.4、demo
    • 3.4、總結
• 三、future
• 四、信號量

簡介：
本篇文章，我們詳細的介紹下c++標準庫提供的線程同步方法——條件變量（condition_variable）。

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參見【并發(fā)編程九】c++線程同步——互斥（mutex）

二、條件變量 1、為何要引入條件變量?

• 例子
  在一條生產(chǎn)線上有一個倉庫，當生產(chǎn)者生產(chǎn)時需要鎖住倉庫獨占，而消費者去產(chǎn)品時也需要鎖住倉庫獨占。
  如果，生產(chǎn)者發(fā)現(xiàn)倉庫滿了，那么他就不能生產(chǎn)了，編程了阻塞狀態(tài)。但是此時生產(chǎn)者獨占倉庫，消費者又無法進入倉庫消耗產(chǎn)品，這樣就造成了一個僵死的狀態(tài)。

我們需要一種機制，當互斥量被鎖住以后發(fā)現(xiàn)當前線程還是無法完成自己的操作，那么它應該釋放互斥量，讓其他線程哦工作。

• 1、可以采用輪詢的方式，不停的查詢你需要的條件。
• 2、讓系統(tǒng)來幫你查詢條件，使用條件變量。

2、不使用條件變量

• demo

#include#include#include#include#includeusing namespace std;

mutex mtx;
dequeq;

//線程A,producer
void task1()
{int i = 0;
    while(true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.size()< 1000)
        {if (i< 999)
            {q.push_back(i);
                i++;
            }
            else
            {i = 0;
            }
        }
        else
        {// std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));;
        }
    }
}

//線程B,consumer
void task2()
{int da = 0;
    while (true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (!q.empty())
        {da = q.front();
            q.pop_front();
            cout<< "get value from que:"<< da<< endl;
            cout<< "que.size:"<< q.size()<cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    thread t2(task2);
    thread t1(task1);
 
    t1.join();
    t2.join();
}

• 輸出

3、使用條件變量 3.1、互斥鎖有什么問題？

• 嘗試獲取鎖的人會一直等待，浪費cpu資源。（功耗和性能浪費）

3.2、條件變量

• 提供睡眠/喚醒機制，避免無意義的等待。

條件變量是允許多個線程相互交流的同步原語。它允許一定量的線程等待（可以定時）另一線程的提醒，然后再繼續(xù)。條件變量始終關聯(lián)到一個互斥。
定義于頭文件

3.3、條件變量成員函數(shù)

• 通知

通知成員函數(shù)	解釋
notify_one	通知一個等待的線程(公開成員函數(shù))
notify_all	通知所有等待的線程(公開成員函數(shù))

• 等待

等待成員函數(shù)	解釋
wait	阻塞當前線程，直到條件變量被喚醒(公開成員函數(shù))
wait_for	阻塞當前線程，直到條件變量被喚醒，或到指定時限時長后(公開成員函數(shù))
wait_until	阻塞當前線程，直到條件變量被喚醒，或直到抵達指定時間點(公開成員函數(shù))

簡單說下，如果是新人，簡單理解wait和notify_one兩個函數(shù)就行了，基本就明白了條件變量的原理，如下面的demo，wait就是等待notify的通知后再執(zhí)行

3.4、demo

#include#include#include#include#include#includeusing namespace std;

mutex mtx;
dequeq;
condition_variable cv;

//線程A,producer
void task1()
{int i = 0;
    while(true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.size()< 1000)
        {if (i< 99)
            {q.push_back(i);
                cv.notify_one();//cv.notify_all();
                i++;
            }
            else
            {i = 0;
            }
        }
        else
        {cv.notify_one();
            //std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));;
        }
    }
}

//線程B,consumer
void task2()
{int da = 0;
    while (true)
    {unique_locklock(mtx);
        if (q.empty())//如果有多個消費者，此處應該為while(q.empty())
        {cv.wait(lock);
        }
        da = q.front();
        q.pop_front();
        cout<< "get value from que:"<< da<< endl;
        cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    }
}

int main()
{cout<< "que.size:"<< q.size()<< endl;
    thread t2(task2);
    thread t1(task1);
 
    t1.join();
    t2.join();
}

• 輸出

• cpu占用率

3.4、總結

• 使用條件變量的意義在于，消費者在沒有可消費的產(chǎn)品時，采用休眠，而非無意義的空轉(zhuǎn)，浪費cpu的計算資源。

參考：
1、https://www.apiref.com/cpp-zh/cpp/thread.html
2、https://en.cppreference.com/w/cpp/thread
3、書籍《c++服務器開發(fā)精髓》——張遠龍

三、future

• 【并發(fā)編程十一】c++線程同步——future

四、信號量

• 參見【并發(fā)編程十二】c++線程同步——信號量（semaphore）

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網(wǎng)站標題：【并發(fā)編程十】c++線程同步——條件變量（condition-創(chuàng)新互聯(lián)
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