在多线程开发中，生产者消费者模型用来平衡数据生成与处理的速率。C++11起提供的<thread>、<mutex>和<condition_variable>让我们能用标准库实现该模型，无需引入第三方框架。核心思路是用一个线程安全队列做缓冲，生产者放数据后通知消费者，消费者等待通知后取数据。
为什么需要condition_variable
如果只用互斥锁，消费者只能不停循环检查队列是否有数据，这会空耗CPU。条件变量可以让消费者在队列为空时休眠，生产者放入数据后唤醒它，从而达到高效同步。
基础实现示例
下面给出一个完整的C++示例，包含生产者线程和消费者线程，使用<queue>作为共享缓冲区。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
std::mutex mtx; // 保护共享队列的互斥锁
std::condition_variable cv; // 条件变量
std::queue<int> buffer; // 共享缓冲区
const int MAX_SIZE = 10; // 缓冲区最大容量
// 生产者函数
void producer(int count) {
for (int i = 0; i < count; ++i) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待缓冲区不满
cv.wait(lock, [] { return buffer.size() < MAX_SIZE; });
buffer.push(i);
std::cout << "生产: " << i << std::endl;
lock.unlock();
cv.notify_all(); // 通知消费者
}
}
// 消费者函数
void consumer(int count) {
for (int i = 0; i < count; ++i) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
// 等待缓冲区不空
cv.wait(lock, [] { return !buffer.empty(); });
int val = buffer.front();
buffer.pop();
std::cout << "消费: " << val << std::endl;
lock.unlock();
cv.notify_all(); // 通知生产者
}
}
int main() {
std::thread p(producer, 20);
std::thread c(consumer, 20);
p.join();
c.join();
return 0;
}
代码关键点说明
std::unique_lock比std::lock_guard更灵活，condition_variable的wait函数要求传入它。cv.wait(lock, predicate)会在谓词为真时立即返回，否则释放锁并阻塞，被唤醒后重新加锁并检查谓词。- 生产者和消费者在修改缓冲区后都调用
notify_all()，让对方有机会继续执行。
常见注意事项
使用条件变量时务必配合谓词检查，防止虚假唤醒。缓冲区上限能避免生产者速度远超消费者时内存暴涨。若只有一个消费者和生产者，用notify_one()性能稍好。
该模型可扩展到多生产者多消费者，只需保证队列操作和通知逻辑不变，锁粒度按需调整即可。
小结
通过thread、mutex与condition_variable，C++可以简洁地实现生产者消费者模型。掌握wait与notify的配合，以及用谓词保护共享状态，是写出正确并发代码的基础。
C++condition_variableproducer_consumer修改时间：2026-07-30 16:24:22