C++怎么实现一个线程安全的队列_C++多线程安全队列实现思路与示例

2025-10-31 11:50

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后端开发

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3 分钟

线程安全队列通过互斥锁和条件变量实现，确保多线程下数据同步；push插入元素并通知等待线程，wait_and_pop阻塞等待非空，try_pop提供非阻塞尝试，empty和size返回队列状态，适用于生产者-消费者模型。

C++怎么实现一个线程安全的队列_C++多线程安全队列实现思路与示例

在c++多线程编程中，线程安全的队列是常见的需求，比如生产者-消费者模型。要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或修改。通常的做法是结合标准库中的 std::queue、std::mutex 和 std::condition_variable 来实现线程同步。

基本思路

实现线程安全队列的核心目标是：

多个线程可以安全地入队（push）和出队（pop）元素
当队列为空时，消费者线程应阻塞等待，直到有新元素加入
使用互斥锁保护队列的内部状态
使用条件变量通知等待线程数据已就绪

线程安全队列实现示例

 #include <iostream> #include <queue> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> #include <vector>  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(); // 唤醒一个等待的线程     }      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();     } };

使用示例：生产者-消费者模型

 void producer(ThreadSafeQueue<int>& 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<int>& queue) {     for (int i = 0; i < 5; ++i) {         int value;         queue.wait_and_pop(value);         std::cout << "Consumed: " << value << "n";     } }  int main() {     ThreadSafeQueue<int> queue;     std::vector<std::thread> threads;      threads.emplace_back(producer, std::ref(queue));     threads.emplace_back(consumer, std::ref(queue));      for (auto& t : threads) {         t.join();     }      return 0; }