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c++11 多線程編程——如何實現(xiàn)線程安全隊列

更新時間：2020年11月05日 09:58:14 作者：半杯茶的小酒杯

這篇文章主要介紹了c++ 如何實現(xiàn)線程安全隊列，幫助大家更好的理解和學習c++的相關(guān)知識，感興趣的朋友可以了解下

線程安全隊列的接口文件如下：

#include <memory> 
template<typename T>
class threadsafe_queue {
 public:
  threadsafe_queue();
  threadsafe_queue(const threadsafe_queue&);
  threadsafe_queue& operator=(const threadsafe_queue&) = delete;

  void push(T new_value);

  bool try_pop(T& value);
  std::shared_ptr<T> try_pop();

  void wait_and_pop(T& value);
  std::shared_ptr<T> wait_and_pop();

  bool empty() const;
};

push函數(shù)

push()函數(shù)實現(xiàn)向隊列添加數(shù)據(jù)的功能。添加數(shù)據(jù)后，使用std::condition_variable的notify_one通知取數(shù)據(jù)時被阻塞的線程。

void push(T tValue) {
  std::shared_ptr<T> data(std::make_shared<T>(std::move(tValue)));
  std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
  data_queue.push(data);
  data_con.notify_one();
}

wait_and_pop函數(shù)

wait_and_pop()函數(shù)實現(xiàn)從隊列取數(shù)據(jù)的功能，當隊列為空時，線程被掛起，等待有數(shù)據(jù)時被喚醒。

注意，這兩個函數(shù)中沒有使用std::lock_guard，而是使用std::unique_lock，這是為什么呢?

這是因為std::condition_variable的wait函數(shù)會首先檢測條件data_queue.empty()是否滿足，如果隊列為空，wait函數(shù)會釋放mutex，并被掛起；當有新的數(shù)據(jù)進入隊列，std::condition_variable的wait函數(shù)會被喚醒，重新嘗試獲取mutex，然后檢測隊列是否為空，如果隊列非空，則繼續(xù)向下執(zhí)行。由于函數(shù)的執(zhí)行過程存在鎖的釋放和重新獲取，所以沒有使用std::lock_guard，而是選擇了std::unique_lock。

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

std::shared_ptr<T> wait_and_pop() {
  std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
  data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
  std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
  data_queue.pop();
  return res;
}

try_pop函數(shù)

try_pop函數(shù)提供非阻塞調(diào)用下的彈出隊列(queue)的功能。彈出成功返回true或者非空shared_ptr，失敗則返回false或者nullptr。

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

std::shared_ptr<T> try_pop() {
  std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
  if(data_queue.empty()) {
    return std::shared_ptr<T>();
  }
  std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
  data_queue.pop();
  return res;
}

empty函數(shù)

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

這里注意，empty()是const類型的成員函數(shù)，表明它聲明自己并不改變?nèi)魏纬蓡T變量，但是mutex lock是一個mutating opertation，所以必須要將mut聲明為mutable類型(mutable std::mutex mut)。

完整代碼如下：

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

template<typename T>
class threadsafe_queue {
 private:
   mutable std::mutex mut; 
   std::queue<T> data_queue;
   std::condition_variable data_cond;
 public:
   threadsafe_queue(){}
   threadsafe_queue(threadsafe_queue const& other) {
     std::lock_guard<std::mutex> lk(other.mut);
     data_queue=other.data_queue;
   }

   void push(T new_value) {
     std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
     data_queue.push(new_value);
     data_cond.notify_one();
   }

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

   std::shared_ptr<T> wait_and_pop() {
     std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
     data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
     std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
     data_queue.pop();
     return res;
   }

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

   std::shared_ptr<T> try_pop() {
     std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
     if(data_queue.empty())
       return std::shared_ptr<T>();
     std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
     data_queue.pop();
     return res;
   }

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

以上就是c++ 如何實現(xiàn)線程安全隊列的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于c++ 線程安全隊列的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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