0

0

C++如何实现生产者消费者阻塞队列_C++结合条件变量实现同步【案例】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-04 16:02:01

|

683人浏览过

|

来源于php中文网

原创

直接用std::queue加互斥锁会导致忙等待和无法感知新元素,需配合std::condition_variable实现线程挂起与唤醒;wait必须用std::unique_lock,推荐带谓词的wait避免虚假唤醒;有界队列需两个条件变量分别管理空与满状态。

c++如何实现生产者消费者阻塞队列_c++结合条件变量实现同步【案例】

为什么直接用 std::queue 加互斥锁会出问题

因为消费者线程在队列为空时,如果只是加锁后发现 empty() 为真,就立刻解锁并循环重试,这会引发忙等待(busy-waiting),浪费 CPU;更严重的是,它无法感知“何时有新元素到来”,导致要么卡死、要么漏通知。必须让线程在无数据时主动挂起,等生产者插入后再唤醒——这正是 std::condition_variable 的作用。

std::condition_variable::wait() 必须和 std::unique_lock<:mutex> 配合使用

wait() 不是独立工作的:它会在进入等待前自动释放锁,并在线程被唤醒且重新获得锁后才返回。如果不传 std::unique_lock,编译直接报错;若传 std::lock_guard,则因类型不匹配而失败。常见错误写法:cv.wait(lock) 中的 lockstd::lock_guard —— 这会导致未定义行为。

  • 消费者等待逻辑应写成:cv.wait(lock, [&] { return !q.empty(); });(带谓词的 wait,避免虚假唤醒)
  • 生产者通知只需调用 cv.notify_one()(单个消费者唤醒)或 cv.notify_all()(全部唤醒,适合多消费者竞争场景)
  • 注意:notify 可以在锁内或锁外调用,但放在锁内更易保证唤醒时机不被调度器打乱

阻塞队列的 push/pop 接口要区分「阻塞」和「超时」语义

实际工程中,你往往需要两种行为:一种是无条件阻塞直到成功(如核心工作流),另一种是带超时的尝试操作(如响应式任务或资源受限场景)。标准库没提供现成封装,得自己实现:

  • push(T&& item):加锁 → 入队 → cv.notify_one(),无返回值
  • pop(T& item):加锁 → cv.wait(...) 等非空 → 出队,成功返回 true
  • try_pop_for(T& item, std::chrono::milliseconds timeout):用 cv.wait_for(),返回 std::cv_status::timeoutno_timeout,再判断队列是否真有数据

漏掉超时判断或忽略 wait_for() 返回值,会导致看似“超时了”其实仍卡在 pop 上。

智谱AI开放平台
智谱AI开放平台

智谱AI大模型开放平台-新一代国产自主通用AI开放平台

下载

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

多个条件变量容易混淆:空 vs 满,该用几个?

如果你的队列有容量上限(即有界阻塞队列),就需要两个条件变量:not_empty_cvnot_full_cv,分别控制消费者和生产者的等待。只用一个 cv 会导致:当队列满时,生产者 wait 后被 notify_one() 唤醒,但唤醒源可能是消费者 pop 后触发的同一通知——它本意是告诉“有空间了”,却可能误唤醒另一个生产者,造成竞争或逻辑错乱。

  • 有界队列中,push() 要先等 not_full_cv,再入队,再 notify not_empty_cv
  • pop() 要先等 not_empty_cv,再出队,再 notify not_full_cv
  • 两个 cv 对应两把“门禁”,混用或省略其中一个,边界控制就失效了

很多人一开始用无界队列测试没问题,一加上容量限制就死锁,问题几乎都出在这里。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
硬盘接口类型介绍
硬盘接口类型介绍

硬盘接口类型有IDE、SATA、SCSI、Fibre Channel、USB、eSATA、mSATA、PCIe等等。详细介绍:1、IDE接口是一种并行接口,主要用于连接硬盘和光驱等设备,它主要有两种类型:ATA和ATAPI,IDE接口已经逐渐被SATA接口;2、SATA接口是一种串行接口,相较于IDE接口,它具有更高的传输速度、更低的功耗和更小的体积;3、SCSI接口等等。

1235

2023.10.19

PHP接口编写教程
PHP接口编写教程

本专题整合了PHP接口编写教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

275

2025.10.17

php8.4实现接口限流的教程
php8.4实现接口限流的教程

PHP8.4本身不内置限流功能,需借助Redis(令牌桶)或Swoole(漏桶)实现;文件锁因I/O瓶颈、无跨机共享、秒级精度等缺陷不适用高并发场景。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2194

2025.12.29

java接口相关教程
java接口相关教程

本专题整合了java接口相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

33

2026.01.19

线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

588

2023.08.10

全国统一发票查询平台入口合集
全国统一发票查询平台入口合集

本专题整合了全国统一发票查询入口地址合集,阅读专题下面的文章了解更多详细入口。

37

2026.02.03

短剧入口地址汇总
短剧入口地址汇总

本专题整合了短剧app推荐平台,阅读专题下面的文章了解更多详细入口。

103

2026.02.03

植物大战僵尸版本入口地址汇总
植物大战僵尸版本入口地址汇总

本专题整合了植物大战僵尸版本入口地址汇总,前往文章中寻找想要的答案。

49

2026.02.03

c语言中/相关合集
c语言中/相关合集

本专题整合了c语言中/的用法、含义解释。阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

9

2026.02.03

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
10分钟--Midjourney创作自己的漫画
10分钟--Midjourney创作自己的漫画

共1课时 | 0.1万人学习

Midjourney 关键词系列整合
Midjourney 关键词系列整合

共13课时 | 0.9万人学习

AI绘画教程
AI绘画教程

共2课时 | 0.2万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号