为什么我需要std :: condition_variable？

Question

我发现由于虚假的唤醒，std::condition_variable非常难以使用。所以有时我需要设置一个标志，如：

atomic<bool> is_ready;

我在致电通知（is_ready或true）之前将notify_one()设置为notify_all()，然后我等待：

some_condition_variable.wait(some_unique_lock, [&is_ready]{
    return bool(is_ready);
});

我有什么理由不这样做:(编辑：好的，这真是一个坏主意。）

while(!is_ready) {
    this_thread::wait_for(some_duration); //Edit: changed from this_thread::yield();
}

如果condition_variable选择了等待时间（我不知道这是否属实），我宁愿自己选择。

Answer 1

您可以采用以下两种方式进行编码：

1. 使用原子和轮询循环。
2. 使用condition_variable。

我在下面为你编写了两种方式。在我的系统上，我可以实时监控任何给定进程使用的CPU数量。

首先使用轮询循环：

#include <atomic>
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

std::atomic<bool> is_ready(false);

void
test()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(30));
    is_ready.store(true);
}

int
main()
{
    std::thread t(test);
    while (!is_ready.load())
        std::this_thread::yield();
    t.join();
}

对我来说这需要30秒才能执行，而执行该过程需要大约99.6％的cpu。

或者使用condition_variable：

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

bool is_ready(false);
std::mutex m;
std::condition_variable cv;

void
test()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(30));
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    is_ready = true;
    cv.notify_one();
}

int
main()
{
    std::thread t(test);
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    while (!is_ready)
    {
        cv.wait(lk);
        if (!is_ready)
            std::cout << "Spurious wake up!\n";
    }
    t.join();
}

这具有完全相同的行为，除了在30秒执行期间，该过程占用0.0％cpu。如果您正在编写可能在电池供电的设备上执行的应用程序，那么后者在电池上几乎无限容易。

现在可以肯定的是，如果std::condition_variable的实现非常糟糕，它可能与轮询循环具有相同的低效率。但是在实践中，这样的供应商应该很快就会破产。

<强>更新

对于grins，我用一个虚假的唤醒检测器扩充了我的condition_variable等待循环。我再次跑了，它没有打印出任何东西。没有一个虚假的唤醒。这当然不能保证。但它确实证明了质量实施可以实现的目标。

Answer 2

std::condition_variable的目的是等待一些条件成为现实。 不设计为仅仅是通知的接收者。例如，当消费者线程需要等待队列变为非空时，您可以使用它。

T get_from_queue() {
   std::unique_lock l(the_mutex);
   while (the_queue.empty()) {
     the_condition_variable.wait(l);
   }
   // the above loop is _exactly_ equivalent to the_condition_variable.wait(l, [&the_queue](){ return !the_queue.empty(); }
   // now we have the mutex and the invariant (that the_queue be non-empty) is true
   T retval = the_queue.top();
   the_queue.pop();
   return retval;
}

put_in_queue(T& v) {
  std::unique_lock l(the_mutex);
  the_queue.push(v);
  the_condition_variable.notify_one();  // the queue is non-empty now, so wake up one of the blocked consumers (if there is one) so they can retest.
}

消费者（get_from_queue）不等待条件变量，他们正在等待条件the_queue.empty()。条件变量为您提供了在等待时让它们进入睡眠状态的方法，同时释放互斥锁并以避免因您错过唤醒的竞争条件而这样做。

您正在等待的条件应该由互斥锁（您在等待条件变量时释放的互斥锁）保护。这意味着条件很少（如果有的话）需要是atomic。您总是从互斥锁中访问它。