多线程间交互-wait与notify(施工中)
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我们稍微对上节的实例程序进行修改。在main函数中，不停的从std::cin来读取数据，然后将消息放入到队列中，在多个线程里进行处理。那么，我们写出来的程序大概就是长这个样子。
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#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <queue>
class ThreadSafeQueue
{
public:
void Push(int v)
{
std::lock_guard<std::mutex> lg(mtx_); // 加锁
q_.push(v); // 将元素添加到队列中
}
int Pop()
{
std::lock_guard<std::mutex> lg(mtx_); // 加锁
if (q_.empty()) {
return 0; // 假设我们队列中的都是整数，因此可以返回0，代表队列为空
}
int tmp = q_.front(); // 获取队头元素
q_.pop(); // 移除队列头部的元素
return tmp;
}
private:
std::mutex mtx_;
std::queue<int> q_;
};
// 简单示意，这里直接使用全局变量
ThreadSafeQueue tsq;
std::mutex cout_mtx; // 针对cout操作加锁
void work(std::string thread_id)
{
while (true)
{
int res = tsq.Pop();
if (res)
{
std::lock_guard<std::mutex> lg(cout_mtx);
std::cout << thread_id << " Get " << res << "\n";
}
}
}
int main() {
std::thread t1(work, "T1");
std::thread t2(work, "T2");
t1.detach();
t2.detach();
int input;
while (std::cin >> input)
{
// 不停的读取输入数据，放入后台线程进行处理
tsq.Push(input);
}
return 0;
}
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可能得执行结果是：
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T1 Get 1
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T2 Get 2
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T2 Get 3
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T1 Get 4
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T2 Get 5
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看起来也是符合预期的。但是这里如果我们看下程序cpu的使用率，就会发现问题（注，这里使用的是linux系统，window用户可以直接看任务管理器）。
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> ps -aux | grep a.out
%CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
200 0.0 167576 1192 pts/5 Sl+ 00:30 3:42 ./a.out
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可以发现，示例的程序消耗了2核的cpu。
在work()函数中，每次尝试从tsq中获取数据。如果获取到了就进行处理，不然就再此尝试获取。显而易见，这中间不会有任何的停顿。这种无限执行的指令序列，足以完全消耗单核的cpu。这里我们启动了两个线程，所以消耗完了2个cpu。如果按照这种写法，启动了和cpu个数一样多的线程。那么cpu资源将被完全消耗干净，计算机将会卡顿到难以进行其它任何操作了。
无任务时等待机制
显而易见的一个办法是，当没有消息到达时，当前线程让出cpu一段时间。这里可以调用sleep()函数来达到对应的效果。
下面是改进后的版本：
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#include <chrono>
void work(std::string thread_id)
{
while (true)
{
int res = tsq.Pop();
if (res)
{
std::lock_guard<std::mutex> lg(cout_mtx);
std::cout << thread_id << " Get " << res << "\n";
}
else
{
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5)); // 没有任务到达，睡眠5秒，再起来工作
}
}
}
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一个可能的运行结果如下：
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T2 Get 1
T2 Get 3
T1 Get 2
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T1 Get 4
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T1 Get 5
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当我们查看cpu利用率时，发现已经恢复正常：
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> ps -aux | grep a.out
%CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
0.0 0.0 167572 1196 pts/5 Sl+ 00:54 0:00 ./a.out
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这里快速的输入了1，2，3。过了2秒，才打印出来结果。这是因为我们设定的线程休眠的时间是5秒，在线程t1和t2休眠时，数据缓存在了tsq中，不会被处理。等t1和t2结束休眠后，快速的处理了一波数据。
诚然，我们可以调小这里的时间，来提高相应速度。但是当需要这里相应的足够快，就需要将这个休眠时间调整的非常小，可能是需要毫秒，乃至微秒粒度。又或者当我们启动的线程数较多时，大量的线程在不停的结束休眠，检查数据，然后再进行休眠。这些都会消耗不少的cpu资源。
本质上，这里需要的是，无任务时线程进行休眠。有任务时，有一种机制，来唤醒线程进行工作！
等待（wait）与通知（notify）机制
如果一个朋友要来我们家做客。我们可以一直守在门口等着，当然这不是一个好主意。或者可以每隔一个小时去门口看一看，不过这也有点累。最省事的办法就是在家里等着（wait），等朋友到了敲敲门，或者按个门铃来通知下（notify）。
在C++中，可以使用std::condition_variable来完成wait与notify。
