c++11 多线程编程――如何实现线程安全队列
时间：2021-04-15 11:16:51|栏目：C代码|点击： 次
线程安全队列的接口文件如下：
#include <memory>
template<typename T>
class threadsafe_queue {
public:
threadsafe_queue();
threadsafe_queue(const threadsafe_queue&);
threadsafe_queue& operator=(const threadsafe_queue&) = delete;
void push(T new_value);
bool try_pop(T& value);
std::shared_ptr<T> try_pop();
void wait_and_pop(T& value);
std::shared_ptr<T> wait_and_pop();
bool empty() const;
};
push函数
push()函数实现向队列添加数据的功能。添加数据后，使用std::condition_variable的notify_one通知取数据时被阻塞的线程。
void push(T tValue) {
std::shared_ptr<T> data(std::make_shared<T>(std::move(tValue)));
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
data_queue.push(data);
data_con.notify_one();
}
wait_and_pop函数
wait_and_pop()函数实现从队列取数据的功能，当队列为空时，线程被挂起，等待有数据时被唤醒。
注意，这两个函数中没有使用std::lock_guard，而是使用std::unique_lock，这是为什么呢?
这是因为std::condition_variable的wait函数会首先检测条件data_queue.empty()是否满足，如果队列为空，wait函数会释放mutex，并被挂起；当有新的数据进入队列，std::condition_variable的wait函数会被唤醒，重新尝试获取mutex，然后检测队列是否为空，如果队列非空，则继续向下执行。由于函数的执行过程存在锁的释放和重新获取，所以没有使用std::lock_guard，而是选择了std::unique_lock。
void wait_and_pop(T& value) {
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
}
std::shared_ptr<T> wait_and_pop() {
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
data_queue.pop();
return res;
}
try_pop函数
try_pop函数提供非阻塞调用下的弹出队列(queue)的功能。弹出成功返回true或者非空shared_ptr，失败则返回false或者nullptr。
bool try_pop(T& value) {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty()) {
return false;
}
value = data_queue.front();
data_queue.pop();
return true;
}
std::shared_ptr<T> try_pop() {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty()) {
return std::shared_ptr<T>();
}
std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
data_queue.pop();
return res;
}
empty函数
bool empty() const {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
return data_queue.empty();
}
这里注意，empty()是const类型的成员函数，表明它声明自己并不改变任何成员变量，但是mutex lock是一个mutating opertation，所以必须要将mut声明为mutable类型(mutable std::mutex mut)。
完整代码如下：
#include <queue>
#include <memory>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
template<typename T>
class threadsafe_queue {
private:
mutable std::mutex mut;
std::queue<T> data_queue;
std::condition_variable data_cond;
public:
threadsafe_queue(){}
threadsafe_queue(threadsafe_queue const& other) {
std::lock_guard<std::mutex> lk(other.mut);
data_queue=other.data_queue;
}
void push(T new_value) {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
data_queue.push(new_value);
data_cond.notify_one();
}
void wait_and_pop(T& value) {
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
}
std::shared_ptr<T> wait_and_pop() {
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
data_queue.pop();
return res;
}
bool try_pop(T& value) {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty())
return false;
value=data_queue.front();
data_queue.pop();
return true;
}
std::shared_ptr<T> try_pop() {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty())
return std::shared_ptr<T>();
std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
data_queue.pop();
return res;
}
bool empty() const {
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
return data_queue.empty();
}
};
