C++编程实践——条件变量中wait和std::unique_lock关系
一、条件变量的用法
在讨论这个问题前，先看一下条件变量的基本用法,看一下代码：
bool m_signaled=false;std::mutex m_lockMutex;std::condition_variable m_cvLock;inlinevoidwait(){std::unique_lock<std::mutex>lock(this->m_lockMutex);while(!m_signaled){this->m_cvLock.wait(lock);}// After moving to the wait() function, prevent triggering loss 20240827m_signaled=false;}在使用condition_variable时，大家可能会遇到信号丢失、假唤醒等行为。当然，对于很多种情况下，这都不是致命的问题。不过，作为一个优秀的开发者，一定会从代码层次消弥这些隐含的BUG（推荐看看陈硕大牛的博客中相关的分析）。
那条件变量中为什么使用std::unique_lock而不使用std::lock_guard呢？或者说，std::lock_guard在与条件变量共同协作是有什么问题呢？
二、wait和std::unique_lock
针对上面的问题，先看一下条件变量中wait的源码：
//wait apitemplate<typename _Predicate>voidwait(unique_lock<mutex>&__lock,_Predicate __p){while(!__p())wait(__lock);}//call the following apitemplate<typename _Lock>voidwait(_Lock&__lock){shared_ptr<mutex>__mutex=_M_mutex;unique_lock<mutex>__my_lock(*__mutex);_Unlock<_Lock>__unlock(__lock);// *__mutex must be unlocked before re-locking __lock so move// ownership of *__mutex lock to an object with shorter lifetime.unique_lock<mutex>__my_lock2(std::move(__my_lock));_M_cond.wait(__my_lock2);}template<typename _Lock,typename _Predicate>voidwait(_Lock&__lock,_Predicate __p){while(!__p())wait(__lock);}template<typename _Lock>struct_Unlock{explicit_Unlock(_Lock&__lk):_M_lock(__lk){__lk.unlock();}#pragmaGCC diagnostic push#pragmaGCC diagnostic ignored"-Wdeprecated-declarations"~_Unlock()noexcept(false){if(uncaught_exception()){__try{_M_lock.lock();}__catch(const__cxxabiv1::__forced_unwind&){__throw_exception_again;}__catch(...){}}else_M_lock.lock();}#pragmaGCC diagnostic pop_Unlock(const_Unlock&)=delete;_Unlock&operator=(const_Unlock&)=delete;_Lock&_M_lock;};在上面的代码中，可以清楚的看到在wait中使用了Predicate（谓词），最重要的是在调用的内部API中wait(_Lock& __lock)中调用了Unlock。而std::unique_lock封装提供的接口恰恰提供了相关的接口操作，但std::lock_guard中却没有提供类似的机制。
莫非这就是条件变量中的wait必须使用std::unique_lock的原因？
三、分析和说明
既然从上层的应用到wait的源码中，都看到wait和std::unique_lock的紧密纠结。那么可以就此展开分析一下，看看到底什么原因导致wait中必须使用std::unique_lock。从应用可以倒推过来：
- 条件变量的假唤醒
假唤醒这个问题是Linux内核中存在的，如果想解决这个问题，就需要一种机制来处理（如果看过陈硕的相关博客则非常容易理解）。也就是说，需要一个锁+布尔变量来控制假唤醒。那么假唤醒有什么风险呢？大多数情况下，假唤醒其实一点都不影响多线程间的操作。但如果在类似生产者和消费者队列操作时，假唤醒极有可能导致意外数据读取异常。在某些情况下甚至可能导致程序的崩溃。
而std::lock_guard只是一个简单的RAII封装，没有提供其它的接口，导致在锁+布尔变量操作时，无法显式的控制锁的释放和再锁住，也就是上面提到的wait中的Unlock。而恰恰这些情况，std::unique_lock都可以满足（可以回想一下std::unique_lock的所权独占、转移以及超时、延时等等，此处不再展开）。也就是说，通过std::unique_lock可以让wait在需要的时机随时释放和锁住相关资源，既方便又灵活还防止了死锁的可能。 - 信号的丢失
信号丢失的原因，一般是发送与接收不匹配。在多线程中，大家往往无法预判信号发送线程和信号接收线程的时机。而锁的出现，可以保证信号的发送和接收的同步，这就避免了信号的丢失（wait中的互斥锁）。
也就是说，条件变量中的wait，需要锁提供更丰富和细节的接口安全保证，而这不是std::lock_guard能满足的，但std::unique_lock却恰恰能够满足。std::unique_lock仅以少量的性能损失，就提供了更多的灵活性，所以条件变量与其合作完成多线程的操作是一种必然。
四、总结
在前面分析了std::unique_lock的具体应用。但如果想融会贯通std::unique_lock的实践，就需要有一个实际的应用场景来体现出来。而多线程编程作为一种难度较大的情况更能体现其设计的底层目标，特别是针对条件变量wait的操作，能够让开发者更深刻的理解std::unique_lock。