C++线程安全队列

在 C++ 中，多线程队列（queue）的实现通常需要考虑线程安全问题，特别是在多个线程需要同时对队列进行操作时。C++ 标准库中的 std::queue 并不是线程安全的，因此我们需要引入额外的机制来确保线程安全。常用的方法是使用互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）。

下面是一个使用 std::queue 实现线程安全队列的示例：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

template <typename T>
class ThreadSafeQueue {
private:
    std::queue<T> queue;
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;

public:
    void push(T value) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        queue.push(value);
        cv.notify_one(); // 通知一个等待线程
    }

    T pop() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [this]() { return !queue.empty(); }); // 等待队列非空
        T value = queue.front();
        queue.pop();
        return value;
    }

    bool empty() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        return queue.empty();
    }
};

void producer(ThreadSafeQueue<int>& tsq) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::cout << "Producing: " << i << std::endl;
        tsq.push(i);
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void consumer(ThreadSafeQueue<int>& tsq) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        int value = tsq.pop();
        std::cout << "Consuming: " << value << std::endl;
    }
}

int main() {
    ThreadSafeQueue<int> tsq;

    std::thread prod_thread(producer, std::ref(tsq));
    std::thread cons_thread(consumer, std::ref(tsq));

    prod_thread.join();
    cons_thread.join();

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个模板类 ThreadSafeQueue，它使用 std::queue 作为基础容器，并通过 std::mutex 和 std::condition_variable 实现了线程安全的 push 和 pop 操作。

• push 方法向队列中添加元素，并通知一个等待的线程。
• pop 方法从队列中取出元素，如果队列为空，则等待直到有元素被添加进来。
• empty 方法检查队列是否为空。

在 main 函数中，我们创建了两个线程：一个生产者线程（producer），它负责向队列中添加元素；一个消费者线程（consumer），它负责从队列中取出元素。通过互斥锁和条件变量，我们确保了这些操作的线程安全性。