条件变量 condition_variable

什么是条件变量

条件变量（condition variable）是一种同步机制，用于线程间通信。它允许一个线程等待另一个线程完成某项工作，然后再继续执行。条件变量提供了一种线程间通信的机制，使得线程可以等待某个条件的发生，然后再从等待的状态中恢复。

由此可见，条件变量在生产者-消费者模型当中有用武之地。

条件变量的基本用法

条件变量的基本用法如下：

create: 创建一个条件变量对象。
wait: 等待一个条件。
notify: 通知一个或多个等待线程。
release: 释放锁。

下面是一个简单的条件变量的用法示例：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

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

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
    std::cout << "Worker thread is done." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();
    t.join();
    return 0;
}

首先，我们定义了一个互斥锁 mtx 和一个条件变量 cv。
然后，我们定义了一个布尔变量 ready，表示工作线程是否完成。
我们定义了一个工作线程 worker，它会等待 ready 变量为 true 才继续执行。
在 main 函数中，我们创建了一个工作线程 t。
我们等待一秒钟，以便让工作线程开始运行。
在 main 函数中，我们使用 lock_guard 锁住互斥锁，并将 ready 变量设置为 true。
我们通知 cv 条件变量，使得等待线程 t 得以继续执行。
最后，我们等待工作线程 t 完成。

条件变量的原理

条件变量的原理是，当线程调用 wait 方法时，它会释放互斥锁，并进入等待状态。直到其他线程调用 notify_one 或 notify_all 方法，它才会重新获得互斥锁并继续执行。

当调用 wait 方法时，线程会阻塞，直到其他线程调用 notify_one 或 notify_all 方法，或直到超时。如果调用 notify_one 方法，则只唤醒一个线程；如果调用 notify_all 方法，则唤醒所有等待线程。

条件变量的接口

条件变量的API其实还算简单，只要你英语过关，基本根据方法名就可以猜出意思。~~所以说大学里面那些英语都完全不会的纯理论老师，只读ppt，一点代码能力都没有的，是真。。~~

condition_variable()：构造函数。

但我们一般不这么用，一般都是类似std::mutex mtx;这样创建一个互斥量这样创建一个条件变量std::condition_variable cv;。
notify_one()：唤醒一个等待线程。
notify_all()：唤醒所有等待线程。这个一般用的比notify_one()多得多。

适用场景: 生产者-消费者模型中，消费者将所有资源都消费完了，因此消费者的消费行为应该被阻塞，直到生产者生产出东西供其消费。而生产者生产完东西后，往往消费者需要一段时间才能消费，因此需要生产者通知消费者可以继续生产。

由此可见，线程间的通信是必不可免的。
wait(unique_lock<mutex>& lock, function<bool()> pred)：等待一个条件，直到 pred 返回 true。

wait: 即一直等待，直到predict条件成立
wait_for(unique_lock<mutex>& lock, chrono::duration<Rep, Period> rel_time, function<bool()> pred)：等待一个条件，直到 pred 返回 true 或超时。

wait_for: 相较于wait多了时间长度参数，如果条件一直不成立到设定时间长度便停止wait
wait_until(unique_lock<mutex>& lock, chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::duration<Rep, Period>> abs_time, function<bool()> pred)：等待一个条件，直到 pred 返回 true 或超时。

wait_until: 相较于wait_for多了时间点参数，如果条件一直不成立到设定时间点便停止wait