std::atomic 和 std::condition_variable wait、notify_* 方法之间的区别

Question

我正在查看“原子操作库”，发现了原子“wait”和“notify_”方法的 C++20 新功能。我很好奇 std::condition_variable 的“wait”和“notify_”方法有什么区别。

Answer 1

std:atomic

wait

、

notify_all

和

notify_one

方法与条件变量的方法类似。它们允许通过使用更高效、更轻量的原子变量来实现以前需要条件变量的逻辑，而无需使用互斥体。

wait

函数会阻塞线程，直到原子对象的值变得与特定值不同。它需要一个参数来与原子对象的值进行比较。并且它反复执行：

• 如果值相等，它将阻塞线程，直到通知

  notify_one

  或

  notify_all

  ，或者线程被虚假解锁。
• 否则返回。

注意：

wait

仅在值发生更改时才保证返回，即使底层实现虚假地解除阻塞。

---

您可以在这里找到实现：https://github.com/ogiroux/atomic_wait/。

按平台选择策略是这样的：

• Linux：默认为 futex（有表），回退到 futex（无表）-> CVs -> 定时退避 -> spin。
• Mac：默认为 CV（表格），回退到定时退避 -> 自旋。
• Windows：默认为 futex（无表），回退到定时退避 -> spin。
• CUDA：默认为定时退避，回退到旋转。 （这并不是在这棵树中全部签入的。）
• 未识别平台：默认旋转。

Answer 2

整体使用模式有差异。

condition_variable

等待需要互斥锁。在通知之前应使用相同的互斥锁：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

bool condition();
void change_condition();

...

std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
while (!condition())
{
   cv.wait(lock);
}

...

std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
change_condition();
lock.unlock();
cv.notify_one();

现在如果你有带有条件变量的原子，你仍然需要锁：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

std::atomic<bool> condition;

...

std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
while (!condition.load())
{
   cv.wait(lock);
}

...

std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
condition.store(true);
lock.unlock();
cv.notify_one();

原子本身不需要加锁保护，因此可以在不加锁的情况下进行修改。不过，仍然需要互斥锁来与等待同步，避免丢失唤醒。唤醒线程的替代方法如下：

condition.store(true);
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
lock.unlock();
cv.notify_one();

互斥锁定不能省略，即使在通知方也是如此。

（而且你无法摆脱

condiion_variable_any

和在

lock

/

unlock

中不执行任何操作的“空互斥体”）。

---

现在，原子等待。 除了其他答案中提到的没有虚假唤醒之外，不需要互斥体：

std::atomic<bool> condition;

...

condition.wait(false);

...

condition.store(true);
condition.notify_one();