0

0

C++如何实现一个线程安全的队列_C++多线程编程与线程安全队列实现

冰火之心

冰火之心

发布时间:2025-11-12 13:21:02

|

555人浏览过

|

来源于php中文网

原创

线程安全队列通过互斥锁和条件变量实现,支持多线程环境下安全的入队、出队操作,空队列时阻塞等待。

c++如何实现一个线程安全的队列_c++多线程编程与线程安全队列实现

在C++多线程编程中,线程安全的队列是常见的需求,尤其是在生产者-消费者模型中。要实现一个线程安全的队列,核心是保护共享数据不被多个线程同时访问导致竞争条件。通常使用互斥锁(std::mutex)配合条件变量(std::condition_variable)来实现高效、安全的操作。

基本设计思路

一个线程安全的队列需要满足以下几点:

  • 多个线程可以安全地向队列中添加元素(入队)
  • 多个线程可以安全地从队列中取出元素(出队)
  • 当队列为空时,出队操作应阻塞等待,直到有新元素加入
  • 使用RAII机制自动管理锁,避免死锁

为此,我们封装一个模板类,内部使用 std::queue 存储数据,用 std::mutex 保护访问,用 std::condition_variable 实现线程等待与唤醒。

线程安全队列的实现代码

#include 
#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();  // 唤醒一个等待的消费者
    }

    bool try_pop(T& value) {
        std::lock_guard 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 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 lock(mtx);
        return data_queue.empty();
    }

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

使用示例:生产者-消费者模型

下面是一个简单的多线程测试例子,演示两个生产者线程和一个消费者线程共享同一个队列。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

#include 

void producer(ThreadSafeQueue& queue) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void consumer(ThreadSafeQueue& queue) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        int value;
        queue.wait_and_pop(value);
        std::cout << "Consumed: " << value << "\n";
    }
}

int main() {
    ThreadSafeQueue queue;

    std::thread p1(producer, std::ref(queue));
    std::thread p2(producer, std::ref(queue));
    std::thread c1(consumer, std::ref(queue));

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

    return 0;
}

关键点说明

push() 使用 std::lock_guard 自动加锁,插入后调用 notify_one() 唤醒一个等待线程。如果多个消费者在等待,只会唤醒一个,避免惊群效应。

网趣购物系统加强升级版
网趣购物系统加强升级版

新版本程序更新主要体现在:完美整合BBS论坛程序,用户只须注册一个帐号,即可全站通用!采用目前流行的Flash滚动切换广告 变换形式多样,受人喜爱!在原有提供的5种在线支付基础上增加北京云网支付!对留言本重新进行编排,加入留言验证码,后台有留言审核开关对购物系统的前台进行了一处安全更新。在原有文字友情链接基础上,增加LOGO友情链接功能强大的6种在线支付方式可选,自由切换。对新闻列表进行了调整,

下载

wait_and_pop() 使用 std::unique_lock 配合 cv.wait(),只有当队列非空时才继续执行,否则阻塞。这比忙等更高效。

try_pop() 提供非阻塞版本,适合不需要等待的场景。

所有公共方法都对内部队列加锁,确保任意时刻只有一个线程能修改或读取数据。

基本上就这些。这个实现简单、安全,适用于大多数多线程场景。如果需要更高性能,可考虑无锁队列(lock-free queue),但复杂度会显著上升。当前基于锁的方案在多数应用中已足够高效。

相关文章

编程速学教程(入门课程)
编程速学教程(入门课程)

编程怎么学习?编程怎么入门?编程在哪学?编程怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了编程速学教程(入门课程),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载

本站声明: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

相关专题

更多
线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

471

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

107

2025.12.24

php源码安装教程大全
php源码安装教程大全

本专题整合了php源码安装教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

7

2025.12.31

php网站源码教程大全
php网站源码教程大全

本专题整合了php网站源码相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

4

2025.12.31

视频文件格式
视频文件格式

本专题整合了视频文件格式相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

7

2025.12.31

不受国内限制的浏览器大全
不受国内限制的浏览器大全

想找真正自由、无限制的上网体验?本合集精选2025年最开放、隐私强、访问无阻的浏览器App,涵盖Tor、Brave、Via、X浏览器、Mullvad等高自由度工具。支持自定义搜索引擎、广告拦截、隐身模式及全球网站无障碍访问,部分更具备防追踪、去谷歌化、双内核切换等高级功能。无论日常浏览、隐私保护还是突破地域限制,总有一款适合你!

7

2025.12.31

出现404解决方法大全
出现404解决方法大全

本专题整合了404错误解决方法大全,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

42

2025.12.31

html5怎么播放视频
html5怎么播放视频

想让网页流畅播放视频?本合集详解HTML5视频播放核心方法!涵盖<video>标签基础用法、多格式兼容(MP4/WebM/OGV)、自定义播放控件、响应式适配及常见浏览器兼容问题解决方案。无需插件,纯前端实现高清视频嵌入,助你快速打造现代化网页视频体验。

4

2025.12.31

关闭win10系统自动更新教程大全
关闭win10系统自动更新教程大全

本专题整合了关闭win10系统自动更新教程大全,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

3

2025.12.31

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
Rust 教程
Rust 教程

共28课时 | 4万人学习

PHP自制框架
PHP自制框架

共8课时 | 0.6万人学习

简单聊聊mysql8与网络通信
简单聊聊mysql8与网络通信

共1课时 | 778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