条件变量使用规范（单等待者/点对点）

问题

只有一个等待线程与一个通知线程时，条件变量应如何正确使用，既要抗虚假唤醒、防丢唤醒，又保持实现简洁？

回答

核心规范（单等待者/点对点）：同锁保护的可重算谓词 + while（或 wait(lock, pred)）等待 + 先改状态后通知（notify_one）。

适用范围

一个等待线程与一个通知线程，无“惊群”（thundering herd）问题。
典型：点对点交付、单生产者-单消费者。

核心规则

同锁保护：谓词只依赖同一把互斥锁保护的数据。
抗虚假唤醒：while(!pred()) cv.wait(lock); 或使用 cv.wait(lock, pred)。
防丢唤醒：通知方在同锁内先把状态改到“谓词为真”，再解锁并 notify_one()。
通知策略：只有一个等待者，默认 notify_one；停机/关闭需要所有等待者前进时用 notify_all。

谓词设计（可重算）

单槽：has_item == true
队列：消费者 !queue.empty()；生产者 queue.size() < cap
停止：stop/closed 并入谓词，统一退出通道

等待/通知流程

等待方：锁 → cv.wait(lk, [&]{ return stop || pred(); }); → 处理 → 改状态（使谓词变假）
通知方：锁内改状态（使谓词变真）→ 解锁 → cv.notify_one()

停机与超时

停机：{ lock; stop=true; } cv.notify_all();（确保尽快唤醒退出）
超时：wait_for/until 返回后仍需 while 重检谓词（返回值仅作辅助）

常见误区

用 if 替代 while 检查谓词。
等待与通知使用不同的锁，或谓词未受该锁保护。
不维护可重算状态，仅依赖“被通知过”。
先通知后改状态，或状态未改变却调用 notify_*。

示例（单槽信箱，点对点交付）

说明：仅展示核心逻辑，省略头文件；一个线程 send，一个线程 recv。

template <class T>
class SingleSlotMailbox {
public:
  bool send(T v) {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m_);
    cv_.wait(lk, [&]{ return stop_ || !slot_.has_value(); });
    if (stop_) return false;
    slot_.emplace(std::move(v));   // 改状态：槽变非空
    lk.unlock();
    cv_.notify_one();              // 唤醒接收者
    return true;
  }

  bool recv(T& out) {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m_);
    cv_.wait(lk, [&]{ return stop_ || slot_.has_value(); });
    if (!slot_) return false;      // stop_ 且无值
    out = std::move(*slot_);
    slot_.reset();                 // 改状态：槽变空
    lk.unlock();
    cv_.notify_one();              // 唤醒发送者
    return true;
  }

  void stop() {
    { std::lock_guard<std::mutex> lk(m_); stop_ = true; }
    cv_.notify_all();              // 广播退出
  }

private:
  std::mutex m_;
  std::condition_variable cv_;
  std::optional<T> slot_;
  bool stop_ = false;
};

要点回顾：

谓词（可重算）：发送侧“槽为空”，接收侧“槽非空”，两者都并入 stop_。
cv.wait(lock, pred) 等价于 while+wait，抗虚假唤醒。
改状态在锁内完成，先改后通知，避免丢唤醒。