首页 > 后端开发 > C++ > 正文

c++怎么实现一个线程安全的队列_c++多线程安全队列实现方式

尼克
发布: 2025-10-22 14:54:01
原创
767人浏览过
线程安全队列通过std::mutex和std::condition_variable实现,支持多生产者多消费者;push加锁并通知等待线程,wait_and_pop阻塞等待非空,try_pop非阻塞获取元素,empty和size在const函数中通过mutable锁访问,示例展示生产者消费者线程通信,该设计兼顾安全与效率,适合作为多线程数据传递基础组件。

c++怎么实现一个线程安全的队列_c++多线程安全队列实现方式

在C++多线程编程中,实现一个线程安全的队列是常见的需求。核心思路是通过互斥锁(std::mutex)保护共享数据,再结合条件变量(std::condition_variable)实现线程间的同步,比如阻塞等待队列非空或非满。

基本设计思路

一个线程安全的队列需要满足:

  • 多个生产者线程可以安全地入队(push)
  • 多个消费者线程可以安全地出队(pop)
  • 当队列为空时,消费者线程应能阻塞等待
  • 使用标准库容器(如 std::queue)配合锁机制

使用 std::mutex 和 std::condition_variable 实现

以下是一个完整的线程安全队列示例:

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

template<typename T>
class ThreadSafeQueue {
private:
    std::queue<T> data_queue;
    mutable std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;

public:
    ThreadSafeQueue() = default;

    void push(T value) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        data_queue.push(std::move(value));
        cv.notify_one(); // 唤醒一个等待的消费者
    }

    bool try_pop(T& value) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        if (data_queue.empty()) {
            return false;
        }
        value = std::move(data_queue.front());
        data_queue.pop();
        return true;
    }

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

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

    size_t size() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        return data_queue.size();
    }
};
登录后复制

关键点说明

push 操作:加锁后插入元素,然后调用 notify_one() 唤醒一个正在等待的消费者线程。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

wait_and_pop:消费者线程会阻塞直到队列非空,适合生产-消费速度不匹配的场景。

ViiTor实时翻译
ViiTor实时翻译

AI实时多语言翻译专家!强大的语音识别、AR翻译功能。

ViiTor实时翻译116
查看详情 ViiTor实时翻译

try_pop:非阻塞版本,立即返回是否成功获取元素,适合轮询或超时控制场景。

mutable mutex:允许 const 成员函数也能加锁,因为 empty() 和 size() 需要访问共享状态。

使用示例

简单演示两个线程间通信:

#include <iostream>
#include <thread>

int main() {
    ThreadSafeQueue<int> queue;

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

    std::thread consumer([&] {
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            int value;
            queue.wait_and_pop(value);
            std::cout << "Consumed: " << value << "\n";
        }
    });

    producer.join();
    consumer.join();
    return 0;
}
登录后复制

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。如果需要更高性能,可考虑无锁队列(lock-free),但复杂度显著上升。当前基于锁的方案清晰、可靠,是推荐的起点。

以上就是c++++怎么实现一个线程安全的队列_c++多线程安全队列实现方式的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

c++速学教程(入门到精通)
c++速学教程(入门到精通)

c++怎么学习?c++怎么入门?c++在哪学?c++怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了c++速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载
来源:php中文网
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn
最新问题
开源免费商场系统广告
热门教程
更多>
最新下载
更多>
网站特效
网站源码
网站素材
前端模板
关于我们 免责申明 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新 English
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
PHP中文网APP
随时随地碎片化学习
PHP中文网抖音号
发现有趣的

Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号