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c++怎么使用std::condition_variable实现生产者消费者模型

裘德小鎮的故事

发布： 2025-10-04 09:37:02

原创

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使用std::condition_variable实现生产者消费者模型的关键是通过互斥锁保护共享缓冲区，利用条件变量在缓冲区满时使生产者等待、空时使消费者等待，并通过notify_all通知状态变化。1. 定义缓冲区、互斥锁、条件变量和最大容量；2. 生产者获取锁后等待缓冲区未满，插入数据后通知消费者；3. 消费者获取锁后等待缓冲区非空，取出数据后通知生产者，消费到指定值后退出；4. 主函数创建多个生产者和消费者线程并等待结束。该机制确保线程安全，避免虚假唤醒，需使用unique_lock并配合条件判断。

c++怎么使用std::condition_variable实现生产者消费者模型

使用 std::condition_variable 实现生产者消费者模型，关键在于线程间的同步：生产者在缓冲区满时等待，消费者在缓冲区空时等待，通过条件变量通知对方状态变化。下面是一个简洁、实用的实现方式。

1. 基本组件准备

需要以下头文件和共享资源：

#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>

定义一个有界缓冲区（比如最大容量为 5），并用互斥锁保护数据访问：

std::queue<int> buffer;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
const int max_size = 5;

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2. 生产者线程逻辑

生产者添加数据前先获取锁，如果缓冲区已满，就等待条件变量。插入后通知消费者可以取数据：

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void producer(int id) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, []() { return buffer.size() < max_size; });
        buffer.push(i);
        std::cout << "Producer " << id << " produced: " << i << "\n";
        lock.unlock();
        cv.notify_all(); // 通知所有等待的消费者
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟耗时
    }
}

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3. 消费者线程逻辑

消费者取出数据前也需加锁，若缓冲区为空则等待。取走数据后通知生产者可以继续生产：

void consumer(int id) {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, []() { return !buffer.empty(); });
        int value = buffer.front();
        buffer.pop();
        std::cout << "Consumer " << id << " consumed: " << value << "\n";
        lock.unlock();
        cv.notify_all(); // 通知生产者
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
        // 可以设置退出条件，例如消费到某个值后 break
        if (value == 9) break;
    }
}

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4. 主函数启动线程

创建多个生产者和消费者线程进行测试：

int main() {
    std::thread p1(producer, 1);
    std::thread p2(producer, 2);
    std::thread c1(consumer, 1);
    std::thread c2(consumer, 2);

    p1.join();
    p2.join();
    c1.join();
    c2.join();

    return 0;
}

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这个模型确保了线程安全，利用 wait + 条件判断 避免虚假唤醒，notify_all 触发等待线程检查条件。实际中可根据需求改为 notify_one 以减少唤醒开销。

基本上就这些，核心是互斥锁保护共享状态，条件变量协调线程等待与唤醒。不复杂但容易忽略细节，比如必须用 unique_lock，以及 wait 的条件判断不能省。

以上就是c++++怎么使用std::condition_variable实现生产者消费者模型的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！