C++中notify機制是如何實現的

在 C++ 中，std::condition_variable 類提供了一種條件變量，可以用于線程間的同步。它常與 std::mutex 和 std::unique_lock 或 std::lock_guard 結合使用。

當一個線程需要等待另一個線程完成某個操作時，可以使用條件變量。這里有兩個主要的函數：wait() 和 notify_one() / notify_all()。

1. wait(): 當一個線程調用 cond_var.wait(lock, [&](){ return condition; }) 時，該線程會釋放鎖并等待條件變量 cond_var 被通知。一旦收到通知，線程將重新獲取鎖并檢查條件是否滿足。如果條件滿足，則繼續執行；否則，線程將再次等待通知。
2. notify_one() / notify_all(): 當另一個線程完成操作并更改條件時，它可以調用 cond_var.notify_one() 或 cond_var.notify_all() 來通知等待的線程。notify_one() 只喚醒一個等待的線程，而 notify_all() 喚醒所有等待的線程。

下面是一個簡單的示例，展示了如何使用條件變量實現生產者-消費者模型：

#include<iostream>
#include<thread>
#include<queue>
#include <mutex>
#include<condition_variable>

std::queue<int> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cond_var;
const int max_queue_size = 5;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cond_var.wait(lock, [] { return data_queue.size() < max_queue_size; }); // 等待隊列未滿
        data_queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << std::endl;
        lock.unlock();
        cond_var.notify_one(); // 通知消費者
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cond_var.wait(lock, [] { return !data_queue.empty(); }); // 等待隊列非空
        if (data_queue.front() == 19) break; // 特殊情況：生產者已完成生產
        int value = data_queue.front();
        data_queue.pop();
        std::cout << "Consumed: "<< value<< std::endl;
        lock.unlock();
        cond_var.notify_one(); // 通知生產者
    }
}

int main() {
    std::thread prod(producer);
    std::thread cons(consumer);

    prod.join();
    cons.join();

    return 0;
}

在這個示例中，我們使用條件變量 cond_var 在生產者和消費者線程之間進行同步。生產者線程在隊列未滿時生產數據，并通知消費者線程。消費者線程在隊列非空時消費數據，并通知生產者線程。