0

0

c++中如何实现一个线程安全的队列_c++线程安全队列实现方法

穿越時空

穿越時空

发布时间:2025-10-20 21:54:02

|

895人浏览过

|

来源于php中文网

原创

答案:通过结合std::queue、std::mutex和std::condition_variable实现线程安全队列,支持阻塞式入队和出队操作。使用互斥锁保护共享数据,条件变量等待非空队列,notify_one唤醒等待线程,提供empty和size方法查询状态,支持生产者-消费者模型。

c++中如何实现一个线程安全的队列_c++线程安全队列实现方法

在C++中实现一个线程安全的队列,关键在于保护共享数据不被多个线程同时访问导致竞争条件。最常用的方法是结合 std::queuestd::mutexstd::condition_variable 来实现阻塞式线程安全队列。下面是一个实用且高效的实现方式。

基本设计思路

线程安全队列需要满足以下几点:

酷兔AI论文
酷兔AI论文

专业原创高质量、低查重,免费论文大纲,在线AI生成原创论文,AI辅助生成论文的神器!

下载
  • 多个线程可以安全地入队(push)和出队(pop)
  • 当队列为空时,pop操作可以阻塞等待新元素
  • 使用互斥锁保护队列数据结构
  • 使用条件变量通知等待的线程

线程安全队列实现代码

#include 
#include 
#include 

template
class ThreadSafeQueue {
private:
    std::queue data_queue;
    mutable std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;

public:
    ThreadSafeQueue() = default;

    void push(T value) {
        std::lock_guard lock(mtx);
        data_queue.push(std::move(value));
        cv.notify_one();  // 唤醒一个等待的pop线程
    }

    void pop(T& value) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, [this]{ return !data_queue.empty(); });
        value = std::move(data_queue.front());
        data_queue.pop();
    }

    std::shared_ptr pop() {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, [this]{ return !data_queue.empty(); });
        auto result = std::make_shared(std::move(data_queue.front()));
        data_queue.pop();
        return result;
    }

    bool empty() const {
        std::lock_guard lock(mtx);
        return data_queue.empty();
    }

    size_t size() const {
        std::lock_guard lock(mtx);
        return data_queue.size();
    }
};

使用示例

下面是一个生产者-消费者模型的简单使用场景:

#include 
#include 

void producer(ThreadSafeQueue& queue) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << "\n";
    }
}

void consumer(ThreadSafeQueue& queue) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        int value;
        queue.pop(value);
        std::cout << "Consumed: " << value << "\n";
    }
}

int main() {
    ThreadSafeQueue queue;
    std::thread p(producer, std::ref(queue));
    std::thread c(consumer, std::ref(queue));

    p.join();
    c.join();

    return 0;
}

关键点说明

push() 中使用 notify_one() 及时唤醒等待的消费者线程。
pop(T&)pop() 返回 shared_ptr 是两种常见接口风格,后者避免了对象复制且更安全。
cv.wait() 使用 lambda 判断条件,防止虚假唤醒。
所有公共方法都通过锁保护内部队列,确保线程安全。

基本上就这些。这个实现适用于大多数多线程场景,兼顾效率与安全性。

相关专题

更多
lambda表达式
lambda表达式

Lambda表达式是一种匿名函数的简洁表示方式,它可以在需要函数作为参数的地方使用,并提供了一种更简洁、更灵活的编码方式,其语法为“lambda 参数列表: 表达式”,参数列表是函数的参数,可以包含一个或多个参数,用逗号分隔,表达式是函数的执行体,用于定义函数的具体操作。本专题为大家提供lambda表达式相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

205

2023.09.15

python lambda函数
python lambda函数

本专题整合了python lambda函数用法详解,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

190

2025.11.08

Python lambda详解
Python lambda详解

本专题整合了Python lambda函数相关教程,阅读下面的文章了解更多详细内容。

49

2026.01.05

treenode的用法
treenode的用法

​在计算机编程领域,TreeNode是一种常见的数据结构,通常用于构建树形结构。在不同的编程语言中,TreeNode可能有不同的实现方式和用法,通常用于表示树的节点信息。更多关于treenode相关问题详情请看本专题下面的文章。php中文网欢迎大家前来学习。

535

2023.12.01

C++ 高效算法与数据结构
C++ 高效算法与数据结构

本专题讲解 C++ 中常用算法与数据结构的实现与优化,涵盖排序算法(快速排序、归并排序)、查找算法、图算法、动态规划、贪心算法等,并结合实际案例分析如何选择最优算法来提高程序效率。通过深入理解数据结构(链表、树、堆、哈希表等),帮助开发者提升 在复杂应用中的算法设计与性能优化能力。

17

2025.12.22

深入理解算法:高效算法与数据结构专题
深入理解算法:高效算法与数据结构专题

本专题专注于算法与数据结构的核心概念,适合想深入理解并提升编程能力的开发者。专题内容包括常见数据结构的实现与应用,如数组、链表、栈、队列、哈希表、树、图等;以及高效的排序算法、搜索算法、动态规划等经典算法。通过详细的讲解与复杂度分析,帮助开发者不仅能熟练运用这些基础知识,还能在实际编程中优化性能,提高代码的执行效率。本专题适合准备面试的开发者,也适合希望提高算法思维的编程爱好者。

21

2026.01.06

硬盘接口类型介绍
硬盘接口类型介绍

硬盘接口类型有IDE、SATA、SCSI、Fibre Channel、USB、eSATA、mSATA、PCIe等等。详细介绍:1、IDE接口是一种并行接口,主要用于连接硬盘和光驱等设备,它主要有两种类型:ATA和ATAPI,IDE接口已经逐渐被SATA接口;2、SATA接口是一种串行接口,相较于IDE接口,它具有更高的传输速度、更低的功耗和更小的体积;3、SCSI接口等等。

1047

2023.10.19

PHP接口编写教程
PHP接口编写教程

本专题整合了PHP接口编写教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

86

2025.10.17

Java编译相关教程合集
Java编译相关教程合集

本专题整合了Java编译相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

9

2026.01.21

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
10分钟--Midjourney创作自己的漫画
10分钟--Midjourney创作自己的漫画

共1课时 | 0.1万人学习

Midjourney 关键词系列整合
Midjourney 关键词系列整合

共13课时 | 0.9万人学习

AI绘画教程
AI绘画教程

共2课时 | 0.2万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号