多线程（c++11）------条件变量

什么是条件变量？

条件变量是一种同步机制，允许线程挂起，直到共享数据上的某些条件得到满足。条件变量上的基本操作有：触发条件(当条件变为 true 时)；等待条件，挂起线程直到其他线程触发条件。条件变量要和互斥量相联结，以避免出现条件竞争－－一个线程预备等待一个条件变量，当它在真正进入等待之前，另一个线程恰好触发了该条件。

什么意思呢？不清楚没关系。看了例子就知道了：问题描述:假设有一个bool型全局变量 isTrue ，现有10个线程，线程流程如下：当isTrue为真时，doSomething；否则挂起线程，直到条件满足。那么，用thread和mutex如何实现这个功能呢？

#include <vector>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace  std;

bool isTrue = false;

void doSomething()
{
	cout << "this is : " << this_thread::get_id() << endl;
}

void thread_Func()
{
	while (!isTrue)
		this_thread::yield();

	doSomething();
}

int main()
{
	vector<thread> v;
	v.reserve(10);
	
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.emplace_back(thread_Func);
	}

	this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));

	isTrue = true;

	for (auto& t : v)
	{
		t.join();
	}
	return 1;
}
           

这段代码虽然能满足需求，但有一个大缺点，就是当条件为假时，子线程会不停的测试条件，这样会消耗系统资源。我们的思想是，当条件为假时，子线程挂起，直到条件为真时，才唤醒子线程。

nice，条件变量就是干这事的！

先来看看条件变量的介绍：

条件变量能够挂起调用线程，直到接到通知才会唤醒线程。它使用unique_lock<Mutex>来配合完成。下面是用条件变量实现需求：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
#include <condition_variable>

using namespace  std;

bool isTrue = false;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

void doSomething()
{
	cout << "this is : " << this_thread::get_id() << endl;
}

void thread_Func()
{
	unique_lock<mutex> loc(mtx);
	while (!isTrue)
		cv.wait(loc);

	doSomething();
}



int main()
{
	vector<thread> v;
	v.reserve(10);

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.emplace_back(thread_Func);
	}

	this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));

	{
		unique_lock<mutex> loc(mtx);
		isTrue = true;
		cv.notify_all();
	}

	for (auto& t : v)
	{
		t.join();
	}
	return 1;
}
           

我们发现，在条件变量cv的wait函数中，我们传入了一个lock参数，为什么要用锁呢？因为isTrue为临界变量，主线程中会“写”它，子线程中要“读”它，这样就产生了数据竞争，并且这个竞争很危险。

我们把while (!isTrue) cv.wait(loc)拆开：

1、条件判断

2、挂起线程

假如现在1执行完后，时间片轮转，该子线程暂停执行。而恰好在这时，主线程修改了条件，并调用了cv.notify_all()函数。这种情况下，该子线程是收不到通知的，因为它还没挂起。等下一次调度子线程时，子线程接着执行2将自己挂起。但现在主线程中的notify早已经调用过了，不会再调第二次了，所以该子线程永远也无法唤醒了。

为了解决上面的情况，就要使用某种同步手段来给线程加锁。而c++11的condition_variable选择了用unique_lock<Mutex>来配合完成这个功能。并且我们只需要加锁，条件变量在挂起线程时，会调用原子操作来解锁。

c++11还为我们提供了一个更方便的接口，连同条件判断，一起放在条件变量里。上面的线程函数可做如下修改：

void thread_Func()
	{
	unique_lock<mutex> loc(mtx);
	cv.wait(loc, []() -> bool { return isTrue;} );

	doSomething();
	}