C++标准库中的底层同步原语。理解std::condition_variable，着重就在于理解std::condition_variable::wait()这个函数，签名为void(std::unique_lock<std::mutex>& lk, Predicate pred)，Predicate代表谓词。

wait 的作用

一句话解释：阻塞当前线程，直至被其他线程通过notify_all()或者notify_one()唤醒，并且满足谓词条件。notify*()也是std::condition_variable的成员函数。

如何调用

线程在调用`wait()`之前必须先获得锁，也就是说，必须是如下所示配套的调用：
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std::condition_variable cv;
std::mutex mutex_;

std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex_); // 争取获得锁
cond.wait(lk, []{/*谓词*/}); // OK, 已经获得锁了，可以开始wait

内部流程

如图 1 所示。加锁之后，线程 A 独占资源，然后判断谓词是否满足。

  • 满足谓词：OK，跳出 wait，执行程序的其他部分；
  • 不满足谓词：将锁解开，并且线程 A 阻塞，等待其他线程将其唤醒；

wait()流程

虚假唤醒

spurious wakeup。为避免这种情况，系统在实现wait的时候使用while循环，如下所示为等价形式：

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while(!pred()){
    wait(lk);
}

应用场景

直接拿 leetcode 多线程中的一道题目来阐述。

我们提供一个类：

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class FooBar {
    public void foo() {
      for (int i = 0; i < n; i++) {
        print("foo");
      }
    }
    public void bar() {
      for (int i = 0; i < n; i++) {
        print("bar");
      }
    }
}
两个不同的线程将会共用一个 FooBar 实例。
其中一个线程将会调用 foo() 方法，另一个线程将会调用 bar() 方法。
请设计修改程序，以确保 "foobar" 被输出 n 次。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-foobar-alternately
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简单来说，就是希望线程 A 和线程 B 能够交替进行 print。显然，这涉及到了进程间的通信。

运用condition_variable进行线程通信的原理就是：设定一个变量，不同的线程需要针对该变量满足不同的条件时，才能够继续执行，否则阻塞；执行完毕后必须更改变量，并且notify别的线程。

了解了原理，那就好办了，我们就设一个变量int index;，当其为偶数时，执行线程 A，否则执行线程 B。需要注意的是：使用 RAII 模式。

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class FooBar {
    int index;
    std::mutex mutex_;
    std::condition_variable cv;
private:
    int n;

public:
    FooBar(int n): index(0) {
        this->n = n;
    }

    void foo(function<void()> printFoo) {

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            {
                std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex_);
                cv.wait(lk, [this](){return index%2==0;});

        	// printFoo() outputs "foo". Do not change or remove this line.
        	printFoo();
                ++index;
                cv.notify_one();
            }
        }
    }

    void bar(function<void()> printBar) {

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            {
                std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex_);
                cv.wait(lk, [this](){return index%2!=0;});

        	// printBar() outputs "bar". Do not change or remove this line.
        	printBar();
                ++index;
                cv.notify_one();
            }
        }
    }
};

替代信号量

“Semaphore has no notion of ownership.” semaphore 作为底层原语，其并不完备，也不是必备的。semaphore 的功能完全可以通过 condition_variable+mutex 来替代。