条件变量被通知但未持锁时的行为及示例中cv.wait的执行逻辑

问题背景 #

当条件变量收到通知但尚未获取锁时会发生什么？针对以下代码，cv.wait()会执行什么逻辑？若consumer被producer通知后无法获取m_cnt锁，会无限尝试获取锁吗？

std::condition_variable cv;
std::mutex m_cnt;
int cnt = 0;
void producer() {
    std::unique_lock<std::mutex> ul(m_cnt);
    cnt++;
    cv.notify_one();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
void consumer() {
    std::unique_lock<std::mutex> ul(m_cnt);
    cv.wait(ul, [] {return cnt > 0;}); // 关注这里
    cnt--;
}

核心逻辑分析 #

cv.wait(ul, predicate)的完整执行流程 #

1. 初始阶段：调用wait时，unique_lock已持有锁，wait会自动释放该锁，随后consumer线程进入条件变量的等待队列，阻塞等待通知。
2. 收到通知后：consumer被唤醒，首先尝试重新获取m_cnt锁——如果此时锁被producer持有（比如示例中producer调用notify_one后仍在sleep，锁未释放），consumer不会无限循环尝试，而是进入mutex的等待队列，和其他请求该锁的线程一样，等待锁被释放。
3. 获取锁后的检查：当producer的unique_lock析构（sleep结束后函数返回），锁被释放，consumer拿到锁后，会立即检查传入的谓词cnt > 0：
   • 如果谓词为true（示例中此时cnt=1），wait返回，consumer继续执行后续的cnt--。
   • 如果谓词为false（比如出现虚假唤醒），wait会再次释放锁，回到条件变量的等待队列，继续等待下一次通知。

针对示例的具体行为 #

示例中producer调用notify_one后，锁仍在自己手中，consumer收到通知后会尝试获取锁，但抢不到就进入mutex的等待队列，直到producer sleep结束、释放锁，consumer才能拿到锁，接着检查谓词并继续执行，不会出现无限尝试的情况。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者5reep4thy