在多线程中使用 notify-wait 时，如果 等待线程A 在调用 wait() 之前，唤醒线程B 已经调用了 notify() 方法，会导致 等待线程A 永远得不到唤醒，一直等待下去，这就是 Signal Before Wait 问题：
例如下面的代码：
int main() {
// 定义互斥量和条件变量
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
// 唤醒线程
auto signalThread = new std::thread([&]() {
log("即将唤醒");
condition.notify_all();
log("唤醒完毕");
});
signalThread->detach();
// sleep 1秒，模拟耗时操作
sleep(1);
// 等待线程
auto waitThread = new std::thread([&]() {
std::unique_lock lock(mutex);
log("即将等待");
condition.wait(lock);
log("等待完毕");
});
waitThread->detach();
// 主线程5分钟后释放
sleep(60 * 5);
delete signalThread;
delete waitThread;
return 0;
}
为了解决这个问题，我们引入标记位 isReady 来解决( 第7、12、26行 )：
int main() {
// 定义互斥量和条件变量
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
// 新增标记位，用于标记是否已经准备好了
bool isReady = false;
// 唤醒线程
auto signalThread = new std::thread([&]() {
log("即将唤醒");
isReady = true;
condition.notify_all();
log("唤醒完毕");
});
signalThread->detach();
// sleep 1秒，模拟耗时操作
sleep(1);
// 等待线程
auto waitThread = new std::thread([&]() {
std::unique_lock lock(mutex);
log("即将等待");
// 只有在没有准备好时才需要等待
while (!isReady) {
condition.wait(lock);
}
log("等待完毕");
});
waitThread->detach();
// 主线程5分钟后释放
sleep(60 * 5);
delete signalThread;
delete waitThread;
return 0;
}
实际上，只添加这个标记位，是没有解决问题的，如果在 while -> wait 之间，isReady 被修改为 true，依然会导致等待线程陷入等待状态：
因此，我们需要把 while-wait 和 isReady更新 都要放到临界区中。
由于 unique_lock 在构造方法中自动调用了 mutex.lock() 方法，且 condition.wait() 在移到等待队列前会自动调用 mutex.unlock()，所以 等待线程A 的 while-wait 本来就在临界区中了，只需修改唤醒线程的代码：
// 唤醒线程
auto signalThread = new std::thread([&]() {
log("即将唤醒");
mutex.lock();
isReady = true;
condition.notify_all();
mutex.unlock();
log("唤醒完毕");
});
signalThread->detach();
这里有个细节是 notify() 要不要放在临界区中。
如果放到临界区中，可能存在多余的线程上下文切换：
如果 notify() 在 unlock() 之前调用，那么 等待线程A 在收到唤醒时，会尝试 lock()，但 唤醒线程B 还没有 unlock()，所以 等待线程A 会再次进入休眠。这就多了2次线程的上下文切换。
那如果 notify() 在 unlock() 之后会不会有问题呢？当然也可能有问题的，例如有三个线程时：
这会导致虚假唤醒。如果业务更复杂，可能会导致意料之外的其他错误。
如果对性能要求非常严格，且 unlock - notify 之间不会有意料之外的逻辑，那可以把 unlock 放到 notify 之前；
如果不在意这种细微的性能损失，就把 notify 放到 unlock 之前。这样能避免很多隐秘的BUG。
源码：
void log(const std::string& msg) {
std::cout << msg << std::endl;
}
int main() {
// 定义互斥量和条件变量
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
// 新增标记位，用于标记是否已经准备好了
bool isReady = false;
// 唤醒线程
auto signalThread = new std::thread([&]() {
log("即将唤醒");
isReady = true;
condition.notify_all();
log("唤醒完毕");
});
signalThread->detach();
// sleep 1秒，模拟耗时操作
sleep(1);
// 等待线程
auto waitThread = new std::thread([&]() {
std::unique_lock lock(mutex);
log("即将等待");
// 只有在没有准备好时才需要等待
while (!isReady) {
condition.wait(lock);
}
log("等待完毕");
});
waitThread->detach();
// 主线程5分钟后释放
sleep(60 * 5);
delete signalThread;
delete waitThread;
return 0;
}
void core1() {
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
bool isReady = false;
auto signalThread = new std::thread([&condition, &isReady, &mutex]() {
// ....
sleep(2);
mutex.lock();
isReady = true;
condition.notify_all(); // ①
mutex.unlock();
});
signalThread->detach();
// while ---> notify ---> wait
auto anotherWaitThread1 = new std::thread([&condition, &isReady, &mutex]() {
// unique_lock 的构造函数会调用传入 mutex 的 lock 函数。
std::unique_lock lock(mutex);
while(!isReady) {
// condition 的 wait 函数会释放锁，并且会阻塞当前线程；当被唤醒后，会再次抢占锁。
condition.wait(lock);
}
});
anotherWaitThread1->detach();
sleep(1000);
}
void core() {
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
bool isReady = false;
auto subThread = new std::thread([&condition, &isReady, &mutex]() {
sleep(1);
std::cout << "update" << std::endl;
isReady = true; // ②
sleep(1);
mutex.lock();
std::cout << "notify..." << std::endl;
condition.notify_all(); // ①
mutex.unlock();
// 关于 ① ② 的顺序：
// 如果先 notify，再更新标记位，可能出现： 等待方进入了while -> notify -> update flag -> wait 的情况。
// 如果先更新标记位，再 notify，可能出现： 等待方进入了while -> update flag -> notify -> wait 的情况。
// 都依然会导致 signal before wait。
// 所以，while-wait 和 update-notify 都需要处于临界区中。
// 准确地说， while 和 wait 之间，不能有 notify。
// while -> wait -> notify -> update 没问题
// while -> wait -> update -> notify 没问题
// while -> notify -> wait -> update 有问题
// while -> update -> wait -> notify 没问题
// while -> notify -> update -> wait 有问题
// while -> update -> notify -> wait 有问题
});
subThread->detach();
std::unique_lock lock(mutex);
mutex.lock();
std::cout << "while..." << std::endl;
while (true) {
if (isReady) {
break;
}
std::cout << "in while" << std::endl;
sleep(2);
std::cout << "wait" << std::endl;
condition.wait(lock);
}
mutex.unlock();
std::cout << "...while" << std::endl;
}
int main2() {
core1();
return 0;
}
