一、条件变量的核心概念
1. 为什么需要条件变量？
互斥锁解决了 "多线程互斥访问共享资源" 的问题，但无法解决 "线程需要等待某个条件满足后再执行" 的场景：
- 比如：生产者线程生产数据，消费者线程需要等数据生产完成后才能消费；
- 若只用互斥锁，消费者只能 "轮询检查"（不停加锁→判断条件→解锁），会浪费大量 CPU 资源；
- 条件变量的作用 ：让线程在条件不满足时阻塞等待 ，条件满足时被唤醒，避免无效轮询，提升效率。
2. 条件变量的核心特性
- 依赖互斥锁：条件变量必须和互斥锁配合使用（保护条件判断的原子性）；
- 等待 / 唤醒机制 ：
- 等待：线程调用
pthread_cond_wait()时，会自动释放互斥锁并阻塞； - 唤醒：其他线程调用
pthread_cond_signal()/pthread_cond_broadcast()唤醒等待的线程，被唤醒的线程会重新获取互斥锁；
- 等待：线程调用
- 虚假唤醒 ：线程可能在没有被显式唤醒的情况下醒来（内核调度原因），因此条件判断必须用
while而非if； - 无所有权：条件变量本身不保护资源，只负责 "等待 / 唤醒"，资源保护仍需互斥锁。
3. 形象比喻
条件变量 = 公司的 "等待区" + "通知铃"：
- 互斥锁 = 等待区的门（保证同一时间只有一个人进等待区）；
- 线程（员工）：想办事但条件不满足→进等待区（
pthread_cond_wait）→自动开门（释放锁）→坐等通知； - 其他线程（管理员）：条件满足→按铃（
pthread_cond_signal）→唤醒等待的员工； - 被唤醒的员工：重新抢门（获取锁）→再次检查条件→条件满足则办事，不满足则继续等（解决虚假唤醒）。
二、条件变量核心函数（pthread 库）
Linux 条件变量的类型是 pthread_cond_t，所有函数都依赖 pthread 库（编译加 -lpthread）。
1. 条件变量初始化：pthread_cond_init()
功能：初始化一个条件变量。
函数原型：
#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);参数：
cond：指向 pthread_cond_t 类型的指针，用于存储条件变量。attr：指向 pthread_condattr_t 类型的指针，用于指定条件变量属性。通常设置为 NULL 表示使用默认属性。- 返回值：成功返回 0，失败返回错误码。
2. 等待条件满足：pthread_cond_wait()
功能 ：阻塞等待条件变量被唤醒，且会自动释放关联的互斥锁（核心函数）。
函数原型：
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);参数：
cond：要等待的条件变量；mutex：关联的互斥锁；- 核心逻辑（原子操作，不可分割）：
- 释放传入的互斥锁
mutex； - 阻塞当前线程，等待被唤醒；
- 被唤醒后，重新获取互斥锁
mutex； - 函数返回，线程继续执行。
- 返回值：成功返回 0，失败返回错误码。
3. 限时等待：pthread_cond_timedwait()
功能 ：和 pthread_cond_wait() 类似，但增加了超时时间，超时后自动返回。
函数原型：
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);参数：
cond：要等待的条件变量；mutex：关联的互斥锁；
abstime：绝对超时时间（不是相对时间），格式为struct timespec（秒 + 纳秒）；
4. 唤醒线程：pthread_cond_signal()
功能 ：唤醒至少一个等待该条件变量的线程（通常唤醒队列第一个）。
函数原型：
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);注意：
- 唤醒后线程不会立即执行，需重新获取互斥锁；
- 若没有线程等待，该函数无效果（不会报错）。
5. 唤醒所有线程：pthread_cond_broadcast()
功能 ：唤醒所有等待该条件变量的线程。
函数原型：
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);适用场景：多个线程等待同一条件，且条件满足后所有线程都需要执行（比如 "数据更新后，所有消费者都要处理"）。
6. 销毁条件变量：pthread_cond_destroy()
功能：销毁条件变量，释放相关资源。
函数原型：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);注意：
- 必须确保没有线程在等待该条件变量，否则返回
EBUSY错误； - 静态初始化的条件变量也可以调用该函数（无副作用）。
三、关键注意事项
1. 必须配合互斥锁使用
- 错误用法：直接调用
pthread_cond_wait不加锁 → 条件判断可能被打断，导致竞态条件； - 核心逻辑：
pthread_cond_wait的第一个参数是条件变量，第二个是互斥锁，缺一不可。
2. 条件判断必须用 while 而非 if
-
虚假唤醒：线程可能被内核随机唤醒（比如信号中断），此时条件并不满足；
-
用
if的问题：被虚假唤醒后直接执行后续逻辑，导致操作非法资源（比如消费空缓冲区）； -
正确写法：
// 错误 if (count == 0) pthread_cond_wait(...); // 正确 while (count == 0) pthread_cond_wait(...);
3. 唤醒时机：解锁前 / 后？
pthread_cond_signal/broadcast可以在加锁时调用（示例中的写法），也可以在解锁后调用；- 加锁时唤醒：被唤醒的线程不会立即执行（需等锁释放），但逻辑更安全；
- 解锁后唤醒：避免 "唤醒丢失"（极少数场景），建议新手按示例写法（加锁时唤醒）。
4. 避免 "唤醒丢失"
- 场景：线程 A 检查条件不满足 → 准备调用
pthread_cond_wait→ 线程 B 此时满足条件并调用signal→ 线程 A 再调用wait→ 唤醒信号丢失，线程 A 永久阻塞； - 解决：条件判断和 wait 必须在锁的保护下（示例中已保证），避免上述时序问题。
5. 销毁条件变量的时机
- 必须等所有线程都不再使用该条件变量后销毁；
- 若有线程还在
wait中，调用pthread_cond_destroy会返回EBUSY错误，甚至导致崩溃。
四、条件变量 vs 互斥锁（核心区别）
| 特性 | 互斥锁（pthread_mutex_t） | 条件变量（pthread_cond_t） |
|---|---|---|
| 核心作用 | 互斥访问共享资源 | 等待 / 唤醒线程（基于条件） |
| 依赖关系 | 独立使用 | 必须配合互斥锁 |
| 阻塞方式 | 加锁时阻塞（抢锁失败） | 主动调用 wait 阻塞 |
| 唤醒方式 | 无（解锁后自动竞争） | signal/broadcast 主动唤醒 |
| 适用场景 | 保护共享资源 | 线程间同步（等待条件） |
五、总结
- 条件变量核心价值：解决 "线程等待条件" 的问题，避免无效轮询，提升 CPU 利用率；
- 核心函数 ：
- 初始化：
pthread_cond_init/PTHREAD_COND_INITIALIZER； - 等待：
pthread_cond_wait（必带互斥锁）； - 唤醒：
pthread_cond_signal（唤醒一个）/pthread_cond_broadcast（唤醒所有）； - 销毁：
pthread_cond_destroy；
- 初始化：
- 关键规则 ：
- 条件变量必须和互斥锁配合使用；
- 条件判断用
while而非if（解决虚假唤醒）； - 典型场景：生产者 - 消费者模型、线程池、任务队列等；
- 核心逻辑：加锁→判断条件→wait（释放锁 + 阻塞）→被唤醒→重新加锁→再次判断条件→执行逻辑→解锁 + 唤醒。