0

0

C++如何实现生产者消费者模型_C++队列与信号量多线程协作【案例】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-05 13:30:01

|

444人浏览过

|

来源于php中文网

原创

能,但必须手动加锁和条件等待;所有queue操作需同一unique_lock保护,用condition_variable::wait带谓词避免虚假唤醒;优先选mutex+condition_variable保障跨平台兼容性。

c++如何实现生产者消费者模型_c++队列与信号量多线程协作【案例】

std::queue 配合 std::mutex 和 std::condition_variable 能否安全用于生产者消费者?

能,但必须手动加锁和条件等待,std::queue 本身不是线程安全的。常见错误是只锁 push 或只锁 pop,漏掉对 empty() 的保护——这会导致竞态:一个线程刚检查 q.empty() == false,另一个线程立刻 pop 到空,前一线程再 front() 就未定义行为。

实操建议:

  • 所有访问 std::queue 的操作(empty()front()pop()push())必须包裹在同一个 std::unique_lock<:mutex>
  • std::condition_variable::wait() 等待非空或非满,**必须传入带谓词的 lambda**,避免虚假唤醒,例如:cv.wait(lock, [&q]{ return !q.empty(); });
  • 不要用 notify_one() 替代 notify_all() 除非你确定只有一个消费者在等——多个消费者时漏通知会导致死锁

为什么不用 std::semaphore(C++20)而选 condition_variable?

std::semaphore 理论上更贴近信号量语义,但实际受限于编译器支持和运行时兼容性:MSVC 19.3x 对 std::binary_semaphore 的实现有已知唤醒丢失 bug;Clang/libc++macOS 上尚未完全支持;GCC 12+ 虽支持,但需链接 -lpthread 且部分嵌入式 STL 无此特性。而 std::condition_variable 是 C++11 就稳定可用的方案。

使用场景差异:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

拍我AI
拍我AI

AI视频生成平台PixVerse的国内版本

下载
  • 若项目锁定 C++20 且仅跑 Linux x86_64(GCC 13+),可用 std::counting_semaphore 控制缓冲区大小,比手写条件变量逻辑更直白
  • 若需 Windows 兼容、或支持 Android NDK(LLVM libc++ 旧版)、或对接 ROS1(C++11 为主),坚持用 std::mutex + std::condition_variable
  • std::semaphore::try_acquire() 可做非阻塞尝试,但 condition_variable 没有等价物——此时需额外加超时逻辑和重试判断

阻塞队列封装时,pop() 返回值设计该用 optional 还是引用参数?

推荐返回 std::optional(C++17+),而非 bool pop(T& out)。前者语义清晰:有值则移动构造,无值则返回空 optional;后者容易让调用方忽略返回值,直接用未初始化的 out 导致 UB。

关键细节:

  • 如果 T 是不可拷贝/不可移动类型(如 std::unique_ptr),必须用 std::optional,否则 pop() 无法传出对象
  • 不要在 pop() 内部做 return std::move(q.front()) —— 前提是 front() 已被锁保护,且 pop() 必须紧跟其后,否则移动后 front() 失效
  • 若需兼容 C++11,可用自定义 struct result { bool ok; T value; },但注意 T 必须可默认构造(否则 value 成员无法声明)

缓冲区满时,生产者该忙等、阻塞还是丢弃?

取决于场景,没有银弹。阻塞是最常用选择,但实现不当会拖垮吞吐:

  • condition_variable::wait_for() 加超时,避免无限等待(比如下游消费者卡死),超时后可记录告警或转存到磁盘
  • 绝对不要用 while (q.size() >= cap) { std::this_thread::yield(); } 忙等——CPU 占满且无法响应中断
  • 丢弃策略适合日志采集类场景:新日志覆盖最老日志(环形缓冲区),此时应选用 std::deque 而非 std::queue,并用 pop_front() + push_back() 组合控制容量
  • 若用 std::queue 实现固定容量,每次 push 前检查 size() 并在满时 pop() 一个,注意这个“先 pop 后 push”必须原子——即整个过程锁住,否则并发 push 可能导致 size 波动误判

真正麻烦的是异常安全:生产者在 push 过程中抛异常(比如 T 的构造函数 throw),会导致锁提前释放但队列状态不一致。务必确保所有可能抛异常的操作都在锁外完成,再进临界区做纯容器操作。

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
while的用法
while的用法

while的用法是“while 条件: 代码块”,条件是一个表达式,当条件为真时,执行代码块,然后再次判断条件是否为真,如果为真则继续执行代码块,直到条件为假为止。本专题为大家提供while相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

98

2023.09.25

lambda表达式
lambda表达式

Lambda表达式是一种匿名函数的简洁表示方式,它可以在需要函数作为参数的地方使用,并提供了一种更简洁、更灵活的编码方式,其语法为“lambda 参数列表: 表达式”,参数列表是函数的参数,可以包含一个或多个参数,用逗号分隔,表达式是函数的执行体,用于定义函数的具体操作。本专题为大家提供lambda表达式相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

208

2023.09.15

python lambda函数
python lambda函数

本专题整合了python lambda函数用法详解,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

191

2025.11.08

Python lambda详解
Python lambda详解

本专题整合了Python lambda函数相关教程,阅读下面的文章了解更多详细内容。

58

2026.01.05

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。

589

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

279

2025.12.24

java多线程相关教程合集
java多线程相关教程合集

本专题整合了java多线程相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

21

2026.01.21

C++多线程相关合集
C++多线程相关合集

本专题整合了C++多线程相关教程,阅读专题下面的的文章了解更多详细内容。

23

2026.01.21

java中fail含义
java中fail含义

本专题整合了java中fail的含义、作用相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

0

2026.02.05

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
PostgreSQL 教程
PostgreSQL 教程

共48课时 | 8.5万人学习

Git 教程
Git 教程

共21课时 | 3.3万人学习

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