课时

解析“忙等”（ busy-wait/ polling，即“转圈等待”）与正常的阻塞等待之间的区别：为什么循环 while(! ready) 会对 CPU 和电池有害， sleep_for-polling 是怎样的折中，以及 std::condition_variable 与 wait(lock, predicate) 提供了怎样的等待模型。

我们来讲解为什么在有 std::mutex 的情况下仍然需要 std::condition_variable，为什么我们“等待状态而不是信号”，以及如何正确地用 std::unique_lock 使用 wait(lock, predicate)。通过带有 ready 标志、任务队列和“令牌”的示例来巩固这个模式，讨论 notify_one()/ notify_all() 以及典型错误（裸的 wait(lock)、谓词中的副作用、在没有互斥量的情况下访问状态）。

分析 C++ 中经典的 producer–consumer 模型：如何基于 std::queue 在 std::mutex 保护下组织任务队列，如何通过 std::condition_variable 和 wait(lock, predicate) 来“让 worker 睡眠”，为什么临界区的边界很重要（“取了任务就释放锁”），以及哪些错误最常破坏协议（忙等、在没有锁的情况下读取 empty()、丢失通知、引用已删除的元素）。

我们来分析为什么 std::condition_variable 可能在没有 notify_one()/ notify_all() 的情况下“醒来”，为什么 if + wait 是反模式，如何用 wait(lock, predicate)（或手动使用 while）避免 spurious wakeup 和 lost wakeup，以及如何实现带有“工作或关闭”协议的正确任务队列（ TaskQueue::pop()/ close()）。

解析在 C++ 中正确停止 worker thread 的协议：为什么在 std::condition_variable 上通过 cv.wait 等待可能会永远阻塞，如何添加状态 closed 并按谓词 closed || ! q.empty() 正确等待，为什么在 shutdown 时几乎总是需要 notify_all()，以及如何实现可读的 pop()，返回 std::optional<T> / std::nullopt，以便 worker 循环能够诚实地结束且不丢失任务。