一、线程通信问题之同步问题

同步是线程间通信不可避免的问题，windows提供了event和semaphore。
c++则有些奇怪了，互斥有专门的头文件<mutex>，但是同步却没有所谓的<synchron>。
但是确实可以用c++实现同步，用到的是<mutex>和<condition_variable>配合

首先来看一个问题

没错，这个问题跟《Windows多线程编程 – 同步问题》中的一样。我们开辟10个线程，想让线程按照顺序依次输出编号。在代码中使用了mutex，然而互斥在这个问题上不管用，仅仅能够保证cout不被打乱。
实际上互斥只能够做到让多个线程不同时执行某段代码，但是对不同线程执行的先后顺序无能为力，这个问题必须使用同步来解决。
先看一下有问题的输出（当然某些情况下输出确实是按照顺序来的，但是不能保证每次都按顺序）

下面有请condition_variable出场。

二、condition_variable初探

先要吐槽一下，这个名字太怪了，中文翻译成条件变量，英文太长，以后都叫cv好了。

cv的原理是利用unique_lock。它可以对一个unique_lock等待，线程会进入阻塞状态，直到另一线程的同一个cv发来一个消息，这边才会继续执行。
比如可以这么写：

主要的函数就是wait和notify，当然都有扩展形式，稍后再讲。但是这么写会陷入死锁，为什么呢？

根据cv原理，只有在收到notify后wait才会通过，但是这里开辟的所有线程上来就wait，没有人能够执行到notify，自然卡死了。

使用cv需要一些技巧，常用的套路是跟一个全局标志位配合，再使用while来判断。
我们可以把代码改造如下：

稍微解释一下，定义了一个原子标志位atm_ready，在线程中使用while来判断标志位的情况。
假设现在第一个线程达到这里，判断while条件为false，直接跳过wait，并把标志位更换。现在其他线程过来了，就进入cv的wait。
第一个线程执行完后，更换标志位，然后通知其他所有等待的线程。接下来的故事就是相同的了。

强调一下为什么用while不用if。
if只判断一次，但是如果有多个线程，大家都在wait，一旦收到notify_all，所有人都继续执行，这样失去意义了。
使用while的话，所有线程收到notify_all后，再次判断是否要wait，这样才能达到目的。

说了那么半天，你这时应该反应过来：确实这样成功使用了cv，但是有个毛用！
确实啊，这样的使用方式其实退化为unique_lock了，对同步没有任何作用

一次输出结果。为之奈何？

三、condition_variable再探

还是使用cv，但是标志位要改成整型，我们这样改造代码：

多次输出结果均为：

成功了！接下来解释一下为什么成功了。
我们使用了三个全局变量来达到控制目的：mutex/cv/标志位。
在线程中的while使用了线程编号与标志位判断来决定是否进入wait。由于标志位是递增的，并且增加完再通知其他线程，所以可能的顺序只能是0、1、2…
如此完成了按顺序输出。

这个套路非常常见，以至于专门有一个简写形式。
看如下代码：

我们使用了wait的条件式。

其中lambda可能有人不太熟悉，解释一下。
第一个[]是捕获列表，里面填&相当于自动捕获需要的变量并且是引用捕获。
第二个()是传入参数，这里不填，在调用泛型算法时一般这里要填内容。
{}里是函数体，这里就是简单的判断，用到的两个变量由于自动捕获了可以直接使用。
整个wait表达的是线程直到轮到自己编号之前一直等待。
多次运行结果均如下：

再稍微讲一讲扩展形式。
除了基本的wait外还有wait_for和wait_until。
wait_for就是等一段时间，第二个参数为duration，第三个参数为predicate。
wait_until就是等到某个时间点，第二个参数为time_point，第三个参数为predicate。
跟之前遇到的大同小异。
除了notify_all还有notify_one，通知某个线程，不过这个one是随机的，用处不大。

上面说的都是condition_variable，其实c++还提供了一个condition_varibale_any。唯一区别就是cv构造时只能使用unique_lock<mutex>的对象，而cva可以使用任意类型锁的unique_lock对象。

四、小结

c++提供的同步解法和windows的有明显差异，这里非常有必要对比一下。
首先看windows，其提供了事件和信号量两种手段，事件利用触发和未触发状态来同步，信号量功能更强大，还有一个计数系统。
c++则使用cv，而且需要配合mutex和一个全局变量共同完成同步。
以上是基本回顾，下面评价一下：

1.使用便捷度

总体而言windows更简便，但是繁琐的点不一样。
windows集中在初始化和销毁对象，以及使用时繁琐的参数。
c++虽然没有上述问题，但是需要搭建一个“三件套”，并且要借助unique_lock，共同配合完成同步工作。

2.使用情况

平心而论，c++使用起来比windows难。
windows不管是事件还是同步，使用的逻辑很简单，要么set/wait，要么release/wait。
c++也是两句，notify无所谓，主要是wait的条件设定比较复杂，需要使用到谓词，通常是lambda。也就是说为了用好wait你需要掌握其他的c++高级知识。不过这样的付出是有回报的，要知道windows的事件和信号量要么是bool要么是计数，但是c++通过谓词却提供了复杂条件判断的可能，这个在复杂同步问题上能够发挥奇效。

3.效率

从测试上看不出什么明显的区别。
从理论上来说，事件的效率应该最高，信号量由于是内核对象所以用到的东西多一些。
c++的条件变量本身应该不费什么，但是要配合mutex/atomic/lambda，用到的东西自然多了。

至此同步问题结束。c++提供了一个很好玩的东西用于处理异步问题，感兴趣的可见《c++异步调用机制》。

参考资料：http://www.cnblogs.com/haippy/p/3284540.html