c++11 多线程编程——如何实现线程安全队列

2023-07-12 18:26:03 69

线程安全队列的接口文件如下：

#include
template
classthreadsafe_queue{
public:
threadsafe_queue();
threadsafe_queue(constthreadsafe_queue&);
threadsafe_queue&operator=(constthreadsafe_queue&)=delete;

voidpush(Tnew_value);

booltry_pop(T&value);
std::shared_ptrtry_pop();

voidwait_and_pop(T&value);
std::shared_ptrwait_and_pop();

boolempty()const;
};

push函数

push()函数实现向队列添加数据的功能。添加数据后，使用std::condition_variable的notify_one通知取数据时被阻塞的线程。

voidpush(TtValue){
std::shared_ptrdata(std::make_shared(std::move(tValue)));
std::lock_guardlk(mut);
data_queue.push(data);
data_con.notify_one();
}

wait_and_pop函数

wait_and_pop()函数实现从队列取数据的功能，当队列为空时，线程被挂起，等待有数据时被唤醒。

注意，这两个函数中没有使用std::lock_guard，而是使用std::unique_lock，这是为什么呢?

这是因为std::condition_variable的wait函数会首先检测条件data_queue.empty()是否满足，如果队列为空，wait函数会释放mutex，并被挂起；当有新的数据进入队列，std::condition_variable的wait函数会被唤醒，重新尝试获取mutex，然后检测队列是否为空，如果队列非空，则继续向下执行。由于函数的执行过程存在锁的释放和重新获取，所以没有使用std::lock_guard，而是选择了std::unique_lock。

voidwait_and_pop(T&value){
std::unique_locklk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return!data_queue.empty();});
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
}

std::shared_ptrwait_and_pop(){
std::unique_locklk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return!data_queue.empty();});
std::shared_ptrres(std::make_shared(data_queue.front()));
data_queue.pop();
returnres;
}

try_pop函数

try_pop函数提供非阻塞调用下的弹出队列(queue)的功能。弹出成功返回true或者非空shared_ptr，失败则返回false或者nullptr。

booltry_pop(T&value){
std::lock_guardlk(mut);
if(data_queue.empty()){
returnfalse;
}
value=data_queue.front();
data_queue.pop();

returntrue;
}

std::shared_ptrtry_pop(){
std::lock_guardlk(mut);
if(data_queue.empty()){
returnstd::shared_ptr();
}
std::shared_ptrres(std::make_shared(data_queue.front()));
data_queue.pop();
returnres;
}

empty函数

boolempty()const{
std::lock_guardlk(mut);
returndata_queue.empty();
}

这里注意，empty()是const类型的成员函数，表明它声明自己并不改变任何成员变量，但是mutexlock是一个mutatingopertation，所以必须要将mut声明为mutable类型(mutablestd::mutexmut)。

完整代码如下：

#include
#include
#include
#include

template
classthreadsafe_queue{
private:
mutablestd::mutexmut;
std::queuedata_queue;
std::condition_variabledata_cond;
public:
threadsafe_queue(){}
threadsafe_queue(threadsafe_queueconst&other){
std::lock_guardlk(other.mut);
data_queue=other.data_queue;
}

voidpush(Tnew_value){
std::lock_guardlk(mut);
data_queue.push(new_value);
data_cond.notify_one();
}

voidwait_and_pop(T&value){
std::unique_locklk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return!data_queue.empty();});
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
}

std::shared_ptrwait_and_pop(){
std::unique_locklk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return!data_queue.empty();});
std::shared_ptrres(std::make_shared(data_queue.front()));
data_queue.pop();
returnres;
}

booltry_pop(T&value){
std::lock_guardlk(mut);
if(data_queue.empty())
returnfalse;
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
returntrue;
}

std::shared_ptrtry_pop(){
std::lock_guardlk(mut);
if(data_queue.empty())
returnstd::shared_ptr();
std::shared_ptrres(std::make_shared(data_queue.front()));
data_queue.pop();
returnres;
}

boolempty()const{
std::lock_guardlk(mut);
returndata_queue.empty();
}
};

以上就是c++如何实现线程安全队列的详细内容，更多关于c++线程安全队列的资料请关注毛票票其它相关文章！

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