如何正确使用 std::condition_variable？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何正确使用 std::condition_variable？

【英文标题】：How to use a std::condition_variable correctly?

【发布时间】：2017-05-10 16:30:54

【问题描述】：

我对@9​​87654321@ 以及如何（安全地）使用它们感到困惑。在我的应用程序中，我有一个创建 gui 线程的类，但是当 gui 由 gui 线程构造时，主线程需要等待。

情况与下面的函数相同。主线程创建一个互斥体、锁和condition_variable。然后它制作线程。虽然这个 worker thread 还没有通过某个点（这里打印数字），但不允许主线程继续（即必须 wait 打印所有数字）。

在这种情况下如何正确使用condition_variables？另外，我读到自发唤醒是一个问题。我该如何处理它们？

    int main()
    
        std::mutex mtx;
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        std::condition_variable convar;

        auto worker = std::thread([&]
            /* Do some work. Main-thread can not continue. */
            for(int i=0; i<100; ++i) std::cout<<i<<" ";
            convar.notify_all(); // let main thread continue
            std::cout<<"\nworker done"<<std::endl;       
        );


        // The main thread can do some work but then must wait until the worker has done it's calculations.
        /* do some stuff */
        convar.wait(lck);
        std::cout<<"\nmain can continue"<<std::endl; // allowed before worker is entirely finished
        worker.join();
    

【问题讨论】：

为什么“正确”？您是否期望人们默认会解释如何错误地使用某些东西？！ “安全”是什么意思？

【参考方案1】：

通常情况下，您会阻止一些可观察到的共享状态：

bool done = false;
std::mutex done_mx;
std::condition_variable done_cv;


  std::unique_lock<std::mutex> lock(done_mx);

  std::thread worker([&]() 
    // ...
    std::lock_guard<std::mutex> lock(done_mx);
    done = true;
    done_cv.notify_one();
  );

  while (true)  done_cv.wait(lock); if (done) break; 

  // ready, do other work

  worker.join();

请注意，您在循环中等待，直到满足实际条件。另请注意，对实际共享状态 (done) 的访问是通过互斥锁 done_mx 序列化的，每当访问 done 时，该互斥锁都会被锁定。

有一个辅助成员函数可以为您执行条件检查，因此您不需要循环：

done_cv.wait(lock, [&]()  return done; );

【讨论】：

为什么需要 lock_guard？

@dani，在离开作用域时自动解锁互斥锁。

我只想说，永远不要使用带有自动引用捕获的 lambda 作为线程函数。所以。许多。错误。

@ZanLynx：什么错误？

@KerrekSB：我认为你这里没有，但我见过这么多。例如，添加一个不受互斥锁保护的变量的使用。在退出的函数中使用对堆栈变量的引用。