C++簡單實現(xiàn)消息隊列的示例代碼

更新時間：2025年11月07日 10:06:29 作者：兩片空白

消息隊列是一種應用間的通訊方式,消息發(fā)送后可以立即放回,由消息系統(tǒng)來確保消息的可靠傳遞,本文主要介紹了C++簡單實現(xiàn)消息隊列的示例代碼,感興趣的可以了解一下

簡介

消息隊列是一種應用間的通訊方式，消息發(fā)送后可以立即放回，由消息系統(tǒng)來確保消息的可靠傳遞。消息發(fā)布者只需要將消息發(fā)布到消息隊列中，而不需要管誰來取。消息使用者只管從消息隊列中取消息而不管誰發(fā)布的。這樣發(fā)布者和使用者都不同知道對方的存在。
消息隊列普遍使用在生產(chǎn)者和消費者模型中。

優(yōu)點

應用解耦：應用之間不用那么多的同步調(diào)用，發(fā)消息到消息隊列就行，消費者可以自己消費，消費生產(chǎn)者不用管了，降低應用之間的耦合。
降低延時：應用之間用同步調(diào)用，需要等待對方響應，等待時間比較長，用消息之后，發(fā)送消息到消息隊列就行，應用就可以返回了，對客戶來講降低了應用延時。
削峰填谷：請求比較多的時候，應用處理不過來，會丟棄請求；請求比較少時，應用不飽和。
請求比較多時，把請求放到消息隊列，消費者按特定處理速度來處理，請求少時，也讓應用有事情可以做；能做到忙時不丟請求，閑時不閑置應用資源。

主流的消息隊列：Kafka、ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ

下面使用C++實現(xiàn)一個簡單的消息隊列。

具體實現(xiàn)

消息隊列類
里面主要包含一個數(shù)組和一個隊列，都保存消息。
應用從數(shù)組中拿消息處理，當數(shù)組滿的時候，消息保存到隊列中，當數(shù)組中消息處理完，從隊列中取消息，再處理。
數(shù)組實現(xiàn)的是一個環(huán)形數(shù)組，記錄下消息寫游標和讀游標，超過數(shù)組大小，對數(shù)組大小取余。

//消息長度和消息
typedef std::pair<size_t, char*> msgPair;
#define MsgQueueSize 102400

class zMsgQueue
{
  //消息對，first表示是否存放消息
  typedef std::pair<bool, msgPair> msgQueue;
public:
  zMsgQueue();
  ~zMsgQueue();
  void* msgMalloc(const size_t len);
  void msgFree(void* p);
  //獲得一個消息
  msgPair* get();
  //放入一個消息
  bool put(const void* msg, size_t msgLen);
  //將隊列中的消息放到消息數(shù)組中
  bool putMsgQueue2Arr();
  //刪除一個消息
  void erase();
  bool empty();

  bool msgArrEmpty();
private:
  void clear();
  


  // 保存正在處理的消息
  msgQueue msgArr_[MsgQueueSize];
  // 保存等待處理的消息
  std::queue<msgPair> msgQueue_;
  
  //消息寫游標
  size_t queueWrite_;
  //消息讀游標
  size_t queueRead_;
};

實現(xiàn)：

zMsgQueue::zMsgQueue()
{
  bzero(msgArr_, sizeof(msgArr_));
  queueWrite_ = 0;
  queueRead_ = 0;
}


zMsgQueue::~zMsgQueue()
{
  clear();
}

void* zMsgQueue::msgMalloc(const size_t len)
{
  char* p = (char*)malloc(len + 1);
  return (void*)(p + 1);
}

void zMsgQueue::msgFree(void* p)
{
  free((char*)p - 1);
}

  //獲得一個消息
msgPair* zMsgQueue::get()
{
  if(queueRead_ >= MsgQueueSize)
    return NULL;

  if(msgArrEmpty())
    putMsgQueue2Arr();
  
  msgPair* ret = NULL;
  if(msgArr_[queueRead_].first)
    ret = &msgArr_[queueRead_].second;

  return ret;
}

//放入一個消息
bool zMsgQueue::put(const void* msg, size_t msgLen)
{
  char* buf = (char*)msgMalloc(msgLen);
  if(buf)
  {
    bcopy(msg, buf, msgLen);
    
    //先將隊列中的消息放到數(shù)組中
    //數(shù)組中還有位置直接放到數(shù)組中
    //沒有位置放到隊列中
    if(!putMsgQueue2Arr() && !msgArr_[queueWrite_].first)
    {
      msgArr_[queueWrite_].first = true;
      msgArr_[queueWrite_].second.first = msgLen;
      msgArr_[queueWrite_].second.second = buf;
      queueWrite_++;
      queueWrite_ %= MsgQueueSize;
    }
    else 
    {
      msgQueue_.push(std::make_pair(msgLen, buf));
    }
    return true;
  } 
  return false;
}

//將隊列中的消息放到消息數(shù)組中
bool zMsgQueue::putMsgQueue2Arr()
{
  bool isLeft = false;
  while(!msgQueue_.empty())
  {
    if(!msgArr_[queueWrite_].first)
    {
      msgArr_[queueWrite_].first = true;
      msgArr_[queueWrite_].second = msgQueue_.front();
      queueWrite_++;
      queueWrite_ %= MsgQueueSize;
      msgQueue_.pop();
    }
    else 
    {
      isLeft = true;
      break;
    }
  }
  return isLeft;
}

//刪除一個消息
void zMsgQueue::erase()
{
  if(!msgArr_[queueRead_].first)
    return;

  msgFree(msgArr_[queueRead_].second.second);
  msgArr_[queueRead_].second.second = NULL;
  msgArr_[queueRead_].second.first = 0;
  msgArr_[queueRead_].first = false;

  queueRead_++;
  queueRead_ %= MsgQueueSize;
}

void zMsgQueue::clear()
{
  //隊列中還有消息
  while(putMsgQueue2Arr())
  {
    //數(shù)組中還有消息
    while(get())
    {
      erase();
    }
  }
  //數(shù)組中還有消息
  while(get())
  {
    erase();
  }
}

bool zMsgQueue::empty()
{
  if(putMsgQueue2Arr()) return false;

  return msgArrEmpty();
}

bool zMsgQueue::msgArrEmpty()
{
  if(queueRead_ == queueWrite_ && !msgArr_[queueRead_].first)
  {
    return true;
  }
  return false;
}

消息隊列的封裝
對消息隊列的封裝主要是為了對消息進行解析和處理。
消息解析和處理函數(shù)定義成了虛函數(shù)，當需要使用消息隊列并處理消息時，只需要繼承消息隊列，然后重寫虛函數(shù)，進行對應處理即可。
類中還使用到了讀寫鎖，當多線程的情況下，消息隊列是一個臨界資源，線程共享，需要進行上鎖。單線程的情況下不需要加鎖。

//T表示使用的消息隊列
//msgT表示消息的類型，有的需要消息頭，消息正文等，需要解析，這里是直接使用
template<class T=zMsgQueue, class msgT=char>
class messageQueue : public rwLocker
{
public:
  messageQueue()
  {}
  ~messageQueue()
  {}

  bool putMsg(const msgT* msg, const size_t msgLen)
  {
    rwLocker::wlock();
    msgQueue_.put(msg, msgLen);
    rwLocker::unlock();
    return true;
  }
  //解析消息，處理消息
  virtual bool msgParse(const msgT* msg, const size_t msgLen) = 0;
  //獲取消息，解析消息，處理消息
  bool doCmd()
  {
    rwLocker::wlock();
    msgPair* msg = msgQueue_.get();
    while(msg)
    {
      msgParse(msg->second, msg->first);  
      msgQueue_.erase();
      msg = msgQueue_.get();
    }
    rwLocker::unlock();
    return true;
  }

  bool empty()
  {
    return msgQueue_.empty();
  }

private:
  T msgQueue_;
};

讀寫鎖的封裝
讀寫鎖：可以多個線程進行讀，只能一個線程進行寫。寫時獨享資源，讀時共享資源。寫鎖的優(yōu)先級高。
為什么讀寫鎖需要讀鎖？

為了防止其他線程請求寫鎖。一個線程請求了讀鎖，其他線程在請求寫鎖會阻塞，但是請求讀鎖不會阻塞。一個線程請求了寫鎖，其他線程請求讀鎖和寫鎖都會阻塞。

#include <pthread.h>

class rwLock 
{
public:
  rwLock()
  {
    pthread_rwlock_init(&rwlc_, NULL);
  }

  ~rwLock()
  {
    pthread_rwlock_destroy(&rwlc_);
  }

  void rlock()
  {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlc_);
  }

  void wlock()
  {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlc_);
  }

  void unlock()
  {
    pthread_rwlock_unlock(&rwlc_);
  }

private:
    pthread_rwlock_t rwlc_;
};


class rwLocker
{
public:
  void rlock()
  {
    rwlc_.rlock();
  }

  void wlock()
  {
    rwlc_.wlock();
  }

  void unlock()
  {
    rwlc_.unlock();
  }

private:
  rwLock rwlc_;
};

Makefile：

# ini1=main.cpp 
# in2=messageQueue.cpp
out=main 
cc=g++
std=-std=c++11 -lpthread

#$(out):$(in1) $(in2)
$(out): main.cpp messageQueue.cpp rwlock.h
	$(cc) $^ -o $@ $(std)


.PHONY:clean
clean:
	rm -rf $(out)

代碼測試
實現(xiàn)一個類繼承消息隊列，重寫消息處理函數(shù)。
定義對象，調(diào)用doCmd函數(shù)即可。

#include "messageQueue.h"

class test : public messageQueue<>
{
  bool msgParse(const char* msg, const size_t msgLen)
  {
    std::cout << msgLen << ":" << msg << std::endl;
    return true;
  }
};

int main()
{
  //模擬客戶端發(fā)送消息
  char buf[256] = "hello world!";
  test t;
  //消息隊列放消息
  t.putMsg(buf, strlen(buf));
  //處理消息
  t.doCmd();
  return 0;
}