C++条件变量如何提高程序效率 - 问答

C++中的条件变量（condition variable）是一种同步原语，它允许线程等待某个条件成立，同时释放互斥锁（mutex），让其他线程继续执行

避免忙等待：在没有条件变量的情况下，线程可能会不断地检查条件是否满足，这会导致CPU资源的浪费。通过使用条件变量，线程可以在条件不满足时进入阻塞状态，当条件满足时被唤醒，从而避免了忙等待。
减少锁竞争：条件变量通常与互斥锁一起使用，以确保在检查条件和等待通知时不会发生数据竞争。当一个线程等待条件变量时，其他线程可以继续执行，从而减少了锁竞争，提高了程序的执行效率。
提高响应速度：通过使用条件变量，线程可以在条件满足时立即收到通知，而不需要不断地检查条件。这可以提高程序的响应速度，特别是在处理I/O操作、事件驱动等场景中。
简化线程同步：条件变量提供了一种简单的方法来实现线程间的同步，使得程序员可以更容易地编写并发代码。通过使用条件变量，程序员可以避免复杂的锁管理和死锁等问题，从而提高程序的可维护性。

下面是一个简单的C++条件变量示例：

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

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

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready) { // 如果ready为false，则等待条件变量
        cv.wait(lck); // 当条件变量满足时，自动释放锁并唤醒线程
    }
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 让主线程先执行一段时间
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        ready = true; // 修改共享变量，使其满足条件
    }
    cv.notify_all(); // 唤醒所有等待的线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!

    for (auto &th : threads) th.join();

    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了10个线程，它们都在等待一个条件（ready变量）。主线程在修改ready变量后，通过条件变量通知所有等待的线程。这样，我们可以看到，使用条件变量可以避免忙等待，提高程序的执行效率。

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