【條件變量導讀】條件變量是多線程中比較靈活而且容易出錯的線程同步手段，比如：虛假喚醒、為啥條件變量要和互斥鎖結合使用？windows和linux雙平臺下，初始化、等待條件變量的api一樣嗎？

本文將分別為您介紹條件變量在windows和linux平臺下的用法和注意事項，好！直接進入主題。
條件變量的使用場景可以用如下流程圖進行闡述。

我們需反復判斷一個多線程共享條件是否滿足，一直到該條件滿足為止（由于該條件被多個線程操作）。因此每次判斷前進行加鎖操作，判斷完畢后解鎖。但上述邏輯存在嚴重的效率問題，假設我們解鎖離開臨界區后，其他線程修改了條件，導致條件滿足了；此時程序仍然需要睡眠 n 秒后才能得到反饋。因此我們需要這樣一種機制：

 某個線程 A 在條件不滿足的情況下，主動讓出互斥鎖，讓其他線程去爭奪這把鎖，當前線程A在此處等待，等待條件的滿足；一旦條件滿足，其他線程釋放鎖，并通知條件滿足，線程A就可以被立刻喚醒并能獲取到互斥鎖對象。

1、Windows下條件變量的用法

具體條件變量的定義和api，我就不介紹了，大家參考如下示例程序，就能很輕松地掌握條件變量地初始化，本文地重點是介紹條件變量地用法及注意事項。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <list>class ThreadTask
{public:ThreadTask(int taskId){m_taskId = taskId;}void doTask(){std::cout << " threadId: " << std::this_thread::get_id() << " do Task, taskId: " << m_taskId << std::endl;}private:int m_taskId;
};/定義全局互斥鎖對象
std::mutex myMutex;
//定義全局的windows條件變量
std::condition_variable myCv;
/全局任務隊列
std::list<ThreadTask*> taskList;void* consumeThread()
{while (true){/判全局條件（公共隊列taskList是否為空）前，先加鎖std::unique_lock<std::mutex> lk(myMutex);while (taskList.empty()){ /*如果條件不滿足，那繼續等待條件變量滿足條件同時立刻讓出剛占有的互斥鎖對象，讓其他線程去爭搶*/myCv.wait(lk); }		//假設條件滿足了，當前線程將從myCv.wait(lk)返回，//并立刻獲取互斥鎖對象操作公共的全局隊列ThreadTask* pTask = taskList.front();//頭部彈任務taskList.pop_front();if (!pTask)continue;pTask->doTask();delete pTask;pTask = nullptr;}return nullptr;
}void* produceThread()
{int taskId = 0;while (true){ThreadTask* pTask = nullptr;{std::lock_guard<std::mutex> lk(myMutex);taskId++;pTask = new ThreadTask(taskId);taskList.push_back(pTask);std::cout << "thread: " << std::this_thread::get_id() << " produce a Task, taskId:   " << taskId << std::endl;}/*生產完任務，通知消費線程consumeThread條件滿足釋放鎖資源myMutex*/myCv.notify_one();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}return nullptr;
}int main()
{std::thread consumeThread1(consumeThread);std::thread consumeThread2(consumeThread);std::thread consumeThread3(consumeThread);std::thread produceThread(produceThread);if (produceThread.joinable())produceThread.join();if (consumeThread1.joinable())consumeThread1.join();if (consumeThread2.joinable())consumeThread2.join();if (consumeThread3.joinable())consumeThread3.join();return 0;
}

程序運行的結果：

可以看出生產線程生產完任務塞到公共隊列中去，通知消費線程去公共隊列中取任務，一共四個線程在操作公共隊列taskList，并沒有出現資源沖突的情況。這便是條件變量使用的妙處！

從上述代碼中可以看到，條件變量竟然在等待一把互斥鎖。

std::unique_lock<std::mutex> lk(myMutex);
while (taskList.empty())myCv.wait(lk);

為啥條件變量要和互斥鎖配合一起使用？我們可以假設下面這段偽碼，互斥鎖和條件變量分開使用。

lock(myMutex)
while (taskList.empty())
{//釋放鎖unlock(myMutex);/再等待條件cvcond_wait(&cv);//再加鎖lock(myMutex)
}

假設線程當前線程（線程A）執行到第5行代碼，釋放了鎖，此時操作系統把CPU時間片分配給另外一個等待myMutex的線程B，隨后線程B釋放信號，表明條件cv已經滿足，等到線程A爭搶到CPU時間片之后，就已經錯過了線程B釋放的信號了，那么線程B將永遠阻塞在cond_wait()接口上。

解鎖和等待條件變量必須是原子性的操作，要么都成功，要么都不成功，否則就很難保證線程的同步。

還有虛假喚醒的問題，何為虛假喚醒，就是 myCv.wait(lk)接口突然返回了，但它并不是被其它線程的信號喚醒的，可能是被操作系統某個中斷信號給喚醒的，此時并沒有相應的任務需要處理，如果繼續讓線程走下去，就可能會有問題，所以為了防止這種虛假喚醒的現象，我們外部循環去判斷公共隊列是否為空，如果為空，那就繼續等待。這是Linux服務端面試必問的考點，請同學們慎重。

好，介紹完條件變量在windows下的用法，那么接著看下條件變量在linux下的用法。

2、Linux下條件變量的用法

條件變量的用法流程和windows的差不多，主要差異就是創建線程、初始化條件變量、等待條件變量的api接口不一樣。
那，直接上代碼！

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <error.h>
#include <list>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
using namespace std;class ThreadTask
{public:ThreadTask(int taskId){m_taskId = taskId;}void doTask(){cout << " doTask taskId : " << m_taskId << " thread Id: " << pthread_self() << endl;}private:int m_taskId; 
};pthread_mutex_t myMutex;
pthread_cond_t myCond;
list<ThreadTask*> taskList; void* consumeThread(void* param)
{while(true){pthread_mutex_lock(&myMutex);while(taskList.empty()){pthread_cond_wait(&myCond, &myMutex);  }ThreadTask* pTask = taskList.front();taskList.pop_front();pthread_mutex_unlock(&myMutex);if (pTask == nullptr)continue;pTask->doTask();delete pTask;pTask = nullptr;}return NULL;
}
void* produceThread(void* param)
{int taskID = 0;ThreadTask* pTask = NULL;while (true){pTask = new ThreadTask(taskID);pthread_mutex_lock(&myMutex);taskList.push_back(pTask);std::cout << "produce a task, taskID: " << taskID << ", threadID: " << pthread_self() << std::endl; pthread_mutex_unlock(&myMutex);//釋放信號量，通知消費者線程pthread_cond_signal(&myCond);taskID++;sleep(1);}return NULL;
}int main()
{pthread_mutex_init(&myMutex, NULL);pthread_cond_init(&myCond, NULL);//創建3個消費者線程pthread_t consumerThreadID[5];for (int i = 0; i < 3; ++i){pthread_create(&consumerThreadID[i], NULL, consumeThread, NULL);}//創建一個生產者線程pthread_t producerThreadID;pthread_create(&producerThreadID, NULL, produceThread, NULL);pthread_join(producerThreadID, NULL);for (int i = 0; i < 3; ++i){pthread_join(consumerThreadID[i], NULL);}pthread_cond_destroy(&myCond);pthread_mutex_destroy(&myMutex);   return 0;
}

Linux平臺下運行的結果：