线程安全队列通过互斥锁和条件变量实现，确保多线程环境下push和pop操作的同步与阻塞等待。
在C++多线程编程中，线程安全队列是常见的需求，尤其在生产者-消费者模型中广泛应用。要实现一个线程安全的队列，核心是保护共享数据不被多个线程同时访问导致竞争条件。通常使用互斥锁（std::mutex）配合条件变量（std::condition_variable）来实现高效同步。
基本设计思路
一个线程安全队列需要满足以下几点：
多个线程可以同时调用入队（push）和出队（pop）操作而不引发数据竞争 当队列为空时，消费线程应阻塞等待，直到有新元素加入 使用RAII机制自动管理锁，避免死锁
使用 std::queue + std::mutex + std::condition_variable 实现
下面是一个简洁、实用的线程安全队列实现：
#include #include #include templateclass ThreadSafeQueue {private: std::queue data_queue; mutable std::mutex mtx; std::condition_variable cv;public: ThreadSafeQueue() = default; void push(T value) { std::lock_guard 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 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 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 lock(mtx); return data_queue.empty(); } size_t size() const { std::lock_guard lock(mtx); return data_queue.size(); }};
关键点说明
push 操作：加锁后将元素加入队列，并调用 notify_one() 唤醒一个可能阻塞的消费者线程。
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wait_and_pop：适用于消费者必须获取任务的场景。若队列为空，线程会阻塞等待，直到有新任务到来。
try_pop：非阻塞版本，用于尝试取数据，适合轮询或超时控制场景。
empty 和 size：这些状态函数也需加锁，因为外部无法保证并发调用时的安全性。
使用示例
简单演示生产者和消费者协作：
#include #include int main() { ThreadSafeQueue queue; bool done = false; std::thread producer([&]() { for (int i = 0; i < 5; ++i) { queue.push(i); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); } }); std::thread consumer([&]() { int value; for (int i = 0; i < 5; ++i) { queue.wait_and_pop(value); std::cout << "Consumed: " << value << 'n'; } }); producer.join(); consumer.join(); return 0;}
基本上就这些。这个实现简单、安全，适用于大多数多线程场景。可根据需要扩展超时弹出（wait_for_pop）、停止信号等机制。关键是保护共享状态，合理使用锁与条件变量协调线程。
以上就是c++++中如何实现一个线程安全的队列_c++多线程安全队列设计与实现的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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