C++如何实现一个线程安全的队列?(代码示例)

使用unique_lock而非lock_guard是因为wait需自动释放并重获锁,而lock_guard不支持中途解锁。

c++如何实现一个线程安全的队列?(代码示例)

std::mutex 配合 std::queuestd::condition_variable 就能写出一个真正可用的线程安全队列,核心是保护共享状态、避免忙等待、支持阻塞式读写。

基础模板:带锁+条件变量的阻塞队列

以下是一个泛型、线程安全、支持 push/pop 阻塞等待的队列实现:

#include #include #include template class ThreadSafeQueue {private:    std::queue queue_;    mutable std::mutex mutex_;    std::condition_variable cond_not_empty_;    std::condition_variable cond_not_full_;  // 可选:若加容量限制才需要public:    void push(T value) {        std::lock_guard lock(mutex_);        queue_.push(std::move(value));        cond_not_empty_.notify_one();  // 通知可能在 wait 的 pop    }    bool try_pop(T& result) {        std::lock_guard lock(mutex_);        if (queue_.empty()) return false;        result = std::move(queue_.front());        queue_.pop();        return true;    }    void wait_and_pop(T& result) {        std::unique_lock lock(mutex_);        cond_not_empty_.wait(lock, [this] { return !queue_.empty(); });        result = std::move(queue_.front());        queue_.pop();    }};

为什么用 unique_lock 而不是 lock_guard 做 wait?

cond_not_empty_.wait() 必须传入 std::unique_lock,因为 wait 会自动释放锁、挂起线程,等被唤醒后再重新加锁。lock_guard 不支持中途解锁,无法配合 condition_variable 使用。

wait 内部先 unlock,避免其他线程无法 push 唤醒后自动 re-lock,保证临界区安全 使用谓词(lambda)可防止虚假唤醒

要不要加容量限制?

如果希望队列有上限(比如避免内存爆掉),可以扩展:

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加成员变量 size_t capacity_ push 前检查 queue_.size() ,不满足则 wait(cond_not_full_) pop 后 notify cond_not_full_,表示空出位置 注意 size() 在多线程下不是原子的——所以必须在锁内判断

更现代的选择:用 std::shared_mutex?

如果读远多于写(比如多个消费者只 pop,但只有一个生产者 push),可以用 std::shared_mutex 实现多读单写优化。不过标准 queue 的 pop 是修改操作,仍需独占锁;真正受益的是只读场景(如 size()、empty()),但通常这些调用本身开销小,优化意义不大。对绝大多数场景,std::mutex 已足够简洁高效。

基本上就这些。不需要自己造轮子,C++11 起的标准库原语完全够用,关键是把锁粒度、条件等待和移动语义用对。

以上就是C++如何实现一个线程安全的队列?(代码示例)的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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