多线程协同之 条件变量： condition_variable

理解

条件变量（condition_variable） 在cppreference.com 的解释简单概括为： 用于阻塞一个或者多个线程，直到另外一个线程唤醒他们。在多线程变成中，可能为多个线程协同完成，在需要多线程同步的场景就可以使用条件变量，举个例子：

一个进程要实现功能：渲染线程负责从camera获取图像，并且渲染；主线程负责控制渲染线程的显示和隐藏。简单的实现可能是：

•  主线程在需要的时候，创建渲染线程，渲染线程初始化，这个过程可能包括创建surface, EGL的上下文和weston的事件监听等。
• 主线程负责给渲染线程发指令，显示和隐藏。子线程接受到信号后显示和隐藏

因此线程同步的需求就发生了：主线程需要等待子线程完成初始化，才能响应主线程的指令，因此主线程需要等待子线程达到某种条件才行。

实现

具体实现起来需要具备三个因素：

• 通过 std::lock_guard获得std::mutex锁。
• 在上锁的过程，处理业务逻辑
• 使用 notify_one 或者 notify_all 方法唤醒wait在此条件变量的线程。

例子

#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
 
std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool mainready = false;
bool renderready = false;
void render_thread()
{
    // Wait until main() sends data
    std::cout << "render_thread begin\n";
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    std::cout << "render_thread wait main thread\n";
    // cv.wait(lk);
    // cv.wait(lk, []{return mainready; });
    cv.wait_for(lk,std::chrono::milliseconds(100), []{return mainready; });
    std::cout << "render_thread begin init\n";
    /*
        init something
    */
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "init something done\n";
    renderready = true;
    cv.notify_one();
}
 
int main()
{
    std::thread worker(render_thread);
    // send data to the worker thread
    {
        std::cout << "main thread begin to init \n";
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
        /*  do something in main thread */
        mainready = true;
        std::cout << "main thread is ready\n";
    }
    cv.notify_one();
    // wait for render thread ready
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
        std::cout << "main thread begin to wait render thread ready " << '\n';
        cv.wait(lk, []{return renderready;});
    }
    std::cout << "now can send cmd to render thread " << '\n';
    worker.join();
}
           

输出

render_thread begin

render_thread wait main thread

main thread begin to init

main thread is ready

main thread begin to wait render thread ready

render_thread begin init

init something done

now can send cmd to render thread

注意

主线程跟渲染线程实际上在竞赛，那么主线程和渲染线程的等待情况就可能出现多种。看上面实例中的这几行代码。

// cv.wait(lk);
    // cv.wait(lk, []{return mainready; });
    cv.wait_for(lk,std::chrono::milliseconds(100), []{return mainready; });
           

针对如果主线程的notify的时机早于渲染线程wait的时机的情况：

第一种写法，那么单纯的wait就可能出现死等的情况。

第二种写法，测试下来没有问题，依赖Spurious wakeup，但是文章指出会存在不可预测的边缘效应

推荐第三种写法。