线程安全队列通过互斥锁和条件变量实现，确保多线程环境下对队列的并发访问安全。使用std::mutex保护共享数据，std::condition_variable实现消费者等待机制，push操作入队并通知等待线程，wait_and_pop阻塞等待非空时出队，try_pop提供非阻塞出队方式，empty和size方法返回瞬时状态，适用于监控但不可用于逻辑控制。示例中生产者线程添加元素，消费者线程取出打印，避免忙等，提升效率。
在C++中实现一个线程安全的队列，通常需要结合互斥锁（std::mutex）和条件变量（std::condition_variable）来保护共享数据并实现线程间的高效同步。下面是一个基于标准库的线程安全队列的完整实现与说明。
线程安全队列的基本设计思路
多个线程可能同时对队列进行入队（push）和出队（pop）操作，因此必须保证对内部容器的访问是互斥的。同时，当队列为空时，消费者线程应等待新元素到来，而不是忙等。这正是条件变量发挥作用的地方。
核心组件包括：
std::queue：作为底层容器存储元素。 std::mutex：保护对队列的并发访问。 std::condition_variable：用于阻塞消费者线程直到有数据可读。
代码实现：线程安全的队列模板类
#include #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(); }};
关键点解析
push 操作
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使用 std::lock_guard 自动加锁，确保线程安全地将元素加入队列。 调用 notify_one() 通知正在等待的消费者线程可以尝试取数据。
wait_and_pop 操作
使用 std::unique_lock 配合 cv.wait() 实现阻塞等待。 条件变量的等待会自动释放锁，并在被唤醒后重新获取锁，避免忙等。 使用 lambda 判断队列非空，防止虚假唤醒。
try_pop 操作
非阻塞版本，适用于不想等待的场景。 返回布尔值表示是否成功取出元素。
empty 和 size 方法
虽然提供了这些方法，但在多线程环境下它们的返回值可能立即失效。 不应依赖 empty() 的结果来判断是否调用 wait_and_pop()，而应直接调用后者。
使用示例
#include void producer(ThreadSafeQueue& queue) { for (int i = 0; i < 5; ++i) { queue.push(i); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); }}void consumer(ThreadSafeQueue& queue) { for (int i = 0; i < 5; ++i) { int value; queue.wait_and_pop(value); std::cout << "Consumed: " << value << 'n'; }}int main() { ThreadSafeQueue queue; std::thread c(consumer, std::ref(queue)); std::thread p(producer, std::ref(queue)); p.join(); c.join(); return 0;}
该示例展示了生产者线程向队列添加数字，消费者线程逐个取出并打印。由于使用了条件变量，消费者不会占用CPU资源空转。
基本上就这些。这个实现简单、高效，适合大多数多线程通信场景。注意不要过度暴露内部状态查询接口，重点是通过原子性的操作保证线程安全。
以上就是c++++如何实现一个线程安全的队列_c++互斥锁与条件变量应用的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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