C++中notify机制是如何实现的

在 C++ 中，std::condition_variable 类提供了一种条件变量，可以用于线程间的同步。它常与 std::mutex 和 std::unique_lock 或 std::lock_guard 结合使用。

当一个线程需要等待另一个线程完成某个操作时，可以使用条件变量。这里有两个主要的函数：wait() 和 notify_one() / notify_all()。

1. wait(): 当一个线程调用 cond_var.wait(lock, [&](){ return condition; }) 时，该线程会释放锁并等待条件变量 cond_var 被通知。一旦收到通知，线程将重新获取锁并检查条件是否满足。如果条件满足，则继续执行；否则，线程将再次等待通知。
2. notify_one() / notify_all(): 当另一个线程完成操作并更改条件时，它可以调用 cond_var.notify_one() 或 cond_var.notify_all() 来通知等待的线程。notify_one() 只唤醒一个等待的线程，而 notify_all() 唤醒所有等待的线程。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用条件变量实现生产者-消费者模型：

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

std::queue<int> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cond_var;
const int max_queue_size = 5;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cond_var.wait(lock, [] { return data_queue.size() < max_queue_size; }); // 等待队列未满
        data_queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << std::endl;
        lock.unlock();
        cond_var.notify_one(); // 通知消费者
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cond_var.wait(lock, [] { return !data_queue.empty(); }); // 等待队列非空
        if (data_queue.front() == 19) break; // 特殊情况：生产者已完成生产
        int value = data_queue.front();
        data_queue.pop();
        std::cout << "Consumed: "<< value<< std::endl;
        lock.unlock();
        cond_var.notify_one(); // 通知生产者
    }
}

int main() {
    std::thread prod(producer);
    std::thread cons(consumer);

    prod.join();
    cons.join();

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用条件变量 cond_var 在生产者和消费者线程之间进行同步。生产者线程在队列未满时生产数据，并通知消费者线程。消费者线程在队列非空时消费数据，并通知生产者线程。