线程安全队列通过互斥锁和条件变量实现,支持多线程并发访问。1. 使用 std::mutex 保护共享数据,防止数据竞争;2. 利用 std::condition_variable 在队列为空时阻塞消费者,避免忙等;3. push 操作后通知等待线程,确保及时唤醒;4. 提供阻塞(wait_and_pop)与非阻塞(try_pop)两种出队方式,适应不同场景;5. 所有公共方法均加锁,保证操作原子性。该设计高效支持生产者-消费者模型。

在多线程编程中,多个线程同时访问共享数据结构(如队列)时容易引发数据竞争。为了保证线程安全,需要对队列的操作进行同步控制。C++ 中可以通过互斥锁(std::mutex)和条件变量(std::condition_variable)来实现一个线程安全的队列。
一个线程安全的队列需要满足以下几点:
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
#include <iostream>
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();
}
};
下面是一个简单的多线程使用场景,一个生产者线程不断入队,两个消费者线程从中取数据:
int main() {
ThreadSafeQueue<int> queue;
auto producer = [&]() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
queue.push(i);
std::cout << "Produced: " << i << "\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
};
auto consumer = [&](int id) {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
int value;
queue.wait_and_pop(value);
std::cout << "Consumer " << id << " got: " << value << "\n";
}
};
std::thread p(producer);
std::thread c1(consumer, 1);
std::thread c2(consumer, 2);
p.join();
c1.join();
c2.join();
return 0;
}
push() 使用 lock_guard 自动加锁,插入后调用 notify_one() 唤醒一个等待线程;wait_and_pop() 使用 unique_lock 配合 condition_variable 实现阻塞等待;try_pop() 提供非阻塞版本,适用于不想等待的场景。
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该实现是通用、高效且线程安全的,适用于大多数生产者-消费者模型。
基本上就这些。以上就是c++++怎么实现一个线程安全的队列_c++中线程安全队列的实现思路与代码示例的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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