Возможен ли тупик в этом простом сценарии?

Я не верю, что то, что вы описываете, возможно, так как cv.notify_all() afaik (пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь) синхронизируется с wait(), поэтому, когда рабочий поток проснется, он увидит изменение на terminate.

Однако:

Взаимная блокировка может произойти следующим образом:

1. Рабочий поток (WT) определяет, что флаг terminate по-прежнему ложен.

2. Основной поток (MT) устанавливает флаг terminate и вызывает cv.notify_all().

3. Поскольку в настоящее время никто не ждет переменную условия, уведомление становится «потерянным/игнорируемым».
4. МТ вызывает join и блокирует.
5. WT уходит в сон ( cv.wait()) и тоже блокируется.

Решение:

Хотя вам не нужно удерживать блокировку при вызове cv.notify, вы

• нужно удерживать блокировку, пока вы изменяете terminate (даже если это атомарная)
• должны убедиться, что проверка условия и фактический вызов wait происходят, пока вы держите одну и ту же блокировку.

Вот почему существует форма wait, которая выполняет эту проверку непосредственно перед отправкой потока в спящий режим.

Исправленный код (с минимальными изменениями) может выглядеть так:

// Worker thread routine
void work() {
    while( !terminate ) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lg{ mutex };
            if (!terminate) {
                cv.wait(lg);
            }

            // Do something
        }
        // Do something
    }
}

// This function is called from the main thread
void terminate_worker() {
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lg(mutex);
        terminate = true;
    }
    cv.notify_all();
    worker_thread.join();
}