c++ 怎么实现一个阻塞队列_c++多线程通信与阻塞队列实现方法

技术教程
2025-11-18 16:02:02

阻塞队列通过互斥锁和条件变量实现线程安全的生产者-消费者模型，支持固定容量下的阻塞插入与提取，适用于任务调度与线程间通信。

在C++多线程编程中，阻塞队列是线程间通信的常用工具。它允许一个或多个生产者线程向队列添加数据，同时一个或多个消费者线程从队列获取数据。当队列为空时，消费者线程会被阻塞，直到有新数据进入；当队列满时（如果是有界队列），生产者线程也会被阻塞，直到有空间可用。

使用标准库实现阻塞队列

借助 std::queue、std::mutex、std::condition_variable 和 std::unique_lock，可以轻松实现一个线程安全的阻塞队列。

示例代码：

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

template<typename T>
class BlockingQueue {
private:
    std::queue<T> data_queue;
    mutable std::mutex mtx;
    std::condition_variable not_empty;
    std::condition_variable not_full;
    size_t max_size;

public:
    explicit BlockingQueue(size_t max_sz = 1000) : max_size(max_sz) {}

    void push(const T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        not_full.wait(lock, [this] { return data_queue.size() < max_size; });
        data_queue.push(item);
        not_empty.notify_one();
    }

    void pop(T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        not_empty.wait(lock, [this] { return !data_queue.empty(); });
        item = data_queue.front();
        data_queue.pop();
        not_full.notify_one();
    }

    bool try_pop(T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        if (data_queue.empty()) {
            return false;
        }
        item = data_queue.front();
        data_queue.pop();
        not_full.notify_one();
        return true;
    }

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

    size_t size() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        return data_queue.size();
    }
};

多线程通信场景中的使用方式

阻塞队列常用于生产者-消费者模型。以下是一个简单示例，展示两个线程如何通过阻塞队列通信。

int main() {
    BlockingQueue<int> queue(5);  // 最多容纳5个元素

    std::thread producer([&]() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            queue.push(i);
            std::cout << "生产: " << i << "\n";
        }
    });

    std::thread consumer([&]() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            int value;
            queue.pop(value);
            std::cout << "消费: " << value << "\n";
        }
    });

    producer.join();
    consumer.join();

    return 0;
}