C++多线程快速入门（三）：生产者消费者模型与条件变量使用

互斥锁完成

#include <iostream>
#include <deque>
#include <thread>
#include <mutex>std::deque<int> q;
std::mutex mtx;static void produce(int val) {while(val--) {std::unique_lock<std::mutex> guard(mtx);q.push_front(val);mtx.unlock();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}
}
static void consumer() {int data = INT_MAX;while(data != 0) {std::unique_lock<std::mutex> guard(mtx);if (!q.empty()) {data = q.back();q.pop_back();std::cout << data << std::endl;mtx.unlock();} else  {mtx.unlock();}}
}
void test() {std::thread t1(produce,3);std::thread t2(consumer);t1.join();t2.join();
}int main() {test();return 0;
}

效果如下：

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Process finished with exit code 1

produce在生产过程中，std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(1));表示延时1s,所以生产过程很慢。
consumer存在着一个while循环，只有在接收到表示结束的数据的时候，才会停止，每次循环内部，都是先加锁，判断队列不空，然后就取出一个数，最后解锁。这样其实做了很多无用功，并且CPU占用率很高
可以在consumer内部也加一个小延时，在一次判断后，如果发现队列是空的，那就惩罚一下自己，延时一下，减少CPU的占用率。

static void consumer() {int data = INT_MAX;while(data != 0) {std::unique_lock<std::mutex> guard(mtx);if (!q.empty()) {data = q.back();q.pop_back();std::cout << data << std::endl;mtx.unlock();} else {mtx.unlock();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));}}
}

条件变量改进模型

c++11提供了#include <condition_variable>头文件,std::condition_variable可以和std::mutex结合一起使用，其中有两个重要的接口，notify_one()和wait()。
wait()可以让线程陷入休眠状态，在消费者生产者模型中，如果生产者发现队列中没有东西，就可以让自己休眠.notify_one()就是唤醒处于wait中的其中一个条件变量.
那什么时刻使用notify_one()比较好呢，当然是在生产者往队列中放数据的时候了，队列中有数据，就可以赶紧叫醒等待中的线程起来干活了。
下面是主要修改代码：

std::condition_variable cond;static void produce(int val) {while(val--) {std::unique_lock<std::mutex> guard(mtx);q.push_front(val);mtx.unlock();cond.notify_one();  // 提醒一个waiting的线程std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}
}
static void consumer() {int data = INT_MAX;while(data != 0) {std::unique_lock<std::mutex> guard(mtx);// 如果队列为空，就一直等直到被notify_one唤醒while(q.empty())cond.wait(guard);data = q.back();q.pop_back();mtx.unlock();std::cout << data << std::endl;}
}

此时CPU的占用率也很低，因为在消费者端，队列为空时，将控制权交给了cpu，直到被唤醒。
需要注意的是在判断队列是否为空的时候，使用的是while(q.empty())，而不是if(q.empty())
这是因为wait()从阻塞到返回，不一定就是由于notify_one()函数造成的，还有可能由于系统的不确定原因唤醒（可能和条件变量的实现机制有关），这个的时机和频率都是不确定的，被称作伪唤醒，如果在错误的时候被唤醒了，执行后面的语句就会错误，所以需要再次判断队列是否为空，如果还是为空，就继续wait()阻塞。
在管理互斥锁的时候，使用的是std::unique_lock而不是std::lock_guard，在上一篇笔记C++多线程快速入门（二）共享数据同步以及数据竞争中，谈到过ock_guard没有lock和unlock接口，而unique_lock提供了。这里的话也是由于此点原因。因为在wait()函数之前，使用互斥锁保护了，如果wait的时候什么都没做，岂不是一直持有互斥锁？那生产者也会一直卡住，不能够将数据放入队列中了。所以，wait()函数会先调用互斥锁的unlock()函数，然后再将自己睡眠，在被唤醒后，又会继续持有锁，保护后面的队列操作。
另外除了notify_one()函数，c++还提供了notify_all()函数，可以同时唤醒所有处于wait状态的条件变量。