条件变量：谓词、丢失通知与虚假唤醒

等待的是状态，不是通知次数

condition_variable 不是计数信号量，不会把无人接收的通知排队。若只执行一次无谓词 wait，生产者可能在消费者等待前就完成通知，消费者随后睡下，再也没有人唤醒它。正确设计把“可以继续”的事实保存为队列非空、任务完成或关闭标志。

消费者先取得互斥锁并检查状态；如果条件已经成立，就不睡眠。生产者在同一把锁下更新状态，再发出通知。通知即使早到，状态仍然留下来了。示例的谓词是 closed || !queue.empty()：既支持收到数据，也支持生产结束后的退出。

wait 的原子解锁与谓词重查

wait(lock, pred) 在持锁时判断谓词，不满足才等待；等待操作把释放互斥锁和进入等待作为原子步骤，醒来后重新取得锁，再次判断。这样生产者不能插入到“已检查为假，但尚未开始等待”的危险空隙里。标准条件变量使用 unique_lock<mutex>，因为等待期间必须暂时释放锁。

等待可能虚假唤醒，多个消费者也可能竞争同一项任务：被唤醒不代表轮到当前线程时还有数据。谓词重查同时处理这两种情况，不能用一次 if 检查替代循环。单纯把 ready 改成 atomic，也不会自动修复条件检查与休眠之间的通知窗口，仍需完整的等待协议。

把关闭协议写进正常控制流

示例只有一个生产者和消费者，生产者提交三个整数后，在锁内设置 closed 并通知。消费者被唤醒后优先取完队列，只有队列为空才退出；因谓词已经成立，此时空队列意味着关闭。主线程最后 join，确保条件变量和互斥锁销毁前已无人使用它们。

通常在解锁后通知，可以减少刚醒来又争锁的机会；这不是正确性的必需条件，前提是条件变量仍然存活。一个新任务可用 notify_one，关闭时要用 notify_all 让所有等待者检查退出条件。有超时需求时应明确绝对截止时间，避免循环中反复等待完整时长导致总超时不断延长；超时返回也不等于条件已经满足。

最低标准 C++11 · 完整程序 · 下载 .cpp

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

int main() {
    std::mutex mutex;
    std::condition_variable changed;
    std::queue<int> queue;
    bool closed = false;
    std::thread producer([&] {
        for (int value = 1; value <= 3; ++value) {
            {
                std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
                queue.push(value);
            }
            changed.notify_one();
        }
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
            closed = true;
        }
        changed.notify_all();
    });

    int sum = 0;
    for (;;) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
        changed.wait(lock, [&] { return closed || !queue.empty(); });
        if (queue.empty()) break;
        const int value = queue.front();
        queue.pop();
        lock.unlock();
        sum += value;
    }
    producer.join();
    assert(sum == 6);
    assert(queue.empty() && closed);
    std::cout << sum << '\n';
}

在本地编译

g++ -std=c++11 -Wall -Wextra -Wpedantic -pthread concurrency-condition-variable.cpp -o example && ./example

预期结果

6

CHECK YOUR UNDERSTANDING

合上答案，试着解释。

生产者若在消费者首次 wait 之前就提交三个元素并关闭，消费者会不会永久阻塞？若只写 wait(lock) 又会怎样？

继续查证

• cppreference：std::condition_variable 的共享状态协议
• cppreference：条件等待的谓词等价循环与通知顺序

标准草案链接会随工作草案更新；本文版本标记对应示例最低要求，不表示草案中的所有新规则都适用于旧标准。