多線程開發：wait、sleep、yield全解析

多線程開發中， wait()、sleep() 和 yield() 的正確使用對于控制線程行為、避免死鎖、提升性能至關重要。

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1 What

簡要介紹

方法	屬于哪類	是否釋放鎖	作用
wait()	同步原語（條件變量）	? 釋放鎖	當前線程等待某個條件滿足，掛起執行。
sleep()	時間控制	? 不釋放鎖	當前線程強制睡眠一段時間。
yield()	調度建議	? 不釋放鎖	當前線程主動讓出 CPU，允許其他線程執行。

詳細介紹

wait() — 條件等待（用于線程同步）

• std::condition_variable::wait()（C++11）
• Java 的 Object.wait() 也類似

行為：

• 線程在等待某個條件成立。
• 釋放所持的互斥鎖（mutex），進入阻塞狀態。
• 條件滿足后，被 notify_one() / notify_all() 喚醒，重新競爭鎖并繼續執行。

C++ 示例：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;void worker() {std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 釋放鎖等待條件成立std::cout << "Condition met, working..." << std::endl;
}

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sleep() — 睡覺，定時掛起

• std::this_thread::sleep_for()
• std::this_thread::sleep_until()

行為：

• 當前線程被強制阻塞指定時間。
• 不會釋放任何鎖。
• 時間一到，線程進入就緒狀態（可被調度）。

示例：

std::mutex mtx;void worker() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));std::cout << "Wake up after 2 seconds.\n";
}

🔺 注意：如果你在持鎖狀態下調用 sleep()，會讓其它線程“餓死”或引發死鎖。

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yield() — 自愿讓出 CPU

• std::this_thread::yield()（C++11）
• 實際為對操作系統 sched_yield() 的封裝

行為：

• 當前線程主動放棄 CPU 時間片。
• 線程回到就緒隊列，允許其他同優先級線程執行。
• 不會阻塞、不休眠、不釋放鎖。

示例：

void busy_wait() {while (!ready) {std::this_thread::yield(); // 避免 CPU 忙等}
}

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2 區別以及建議

區別

特性	wait()	sleep()	yield()
阻塞線程？	? 是	? 是	? 否（可能暫停）
是否釋放鎖？	? 是（必須配合 mutex 使用）	? 否	? 否
喚醒條件	notify_one() / notify_all()	時間到	被 OS 再次調度
典型用途	線程間同步，條件等待	限制頻率、延時模擬	忙等時避免 CPU 占用
所屬 API	condition_variable / pthread_cond	std::this_thread::sleep_for()	std::this_thread::yield()

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應用場景建議

場景	推薦方法
等待某個狀態改變	wait()
模擬延時 / 限速 / 輪詢間隔	sleep()
忙等 / 自旋等待中降低 CPU 占用	yield()

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3 三者協作使用示例

驗證目標：

• 主線程 sleep 控制節奏
• 子線程 yield 等待任務
• 條件變量 wait 同步工作

代碼目標：

• 主線程每 1 秒產生一個任務。
• 工作線程使用 yield() 自旋檢查是否有任務。
• 一旦任務準備好，工作線程使用 wait() 等待條件變量通知，再執行任務。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <atomic>
#include <chrono>std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
std::atomic<bool> ready{false};
int task_counter = 0;// 工作線程：等待任務并執行
void worker_thread() {while (true) {// ? 自旋檢查任務是否準備好（減少 wait 的頻率）while (!ready.load()) {std::this_thread::yield(); // 主動讓出 CPU}std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, [] { return ready.load(); }); // 等待通知，并釋放鎖// 模擬任務處理std::cout << "[Worker] Executing task #" << task_counter << std::endl;ready = false;  // 標記任務完成if (task_counter >= 5) break;  // 結束條件}
}// 主線程：周期性產生任務
void task_producer() {for (int i = 1; i <= 5; ++i) {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 模擬任務生成延遲{std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);task_counter = i;ready = true;std::cout << "[Main] Task #" << i << " ready\n";}cv.notify_one(); // 通知工作線程}
}int main() {std::thread worker(worker_thread);std::thread producer(task_producer);producer.join();worker.join();std::cout << "All tasks finished.\n";return 0;
}

輸出:

[Main] Task #1 ready
[Worker] Executing task #1
[Main] Task #2 ready
[Worker] Executing task #2
[Main] Task #3 ready
[Worker] Executing task #3
[Main] Task #4 ready
[Worker] Executing task #4
[Main] Task #5 ready
[Worker] Executing task #5
All tasks finished.

代碼行為解析：

• 主線程：

  • 每秒產生一個任務，調用 sleep_for()。
  • 使用鎖保護 task_counter 和 ready 狀態。
  • 調用 cv.notify_one() 喚醒工作線程。

• 工作線程：

  • 使用 yield() 忙等（在任務未準備好前避免 CPU 占用）。
  • 使用 condition_variable::wait() 掛起，等待任務準備。
  • 被通知后執行任務，打印日志，重置狀態。