0

0

C++如何实现生产者消费者模型?(condition_variable示例)

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-23 15:28:02

|

101人浏览过

|

来源于php中文网

原创

直接用condition_variable易卡死,因其无状态,需手动维护缓冲区状态并与mutex严格配对;常见错误包括wait前未加锁、漏判条件、误用notify_one()。

c++如何实现生产者消费者模型?(condition_variable示例)

为什么直接用 condition_variable 容易卡死?

因为 condition_variable 本身不带状态,它只负责“通知”和“等待”,你得自己维护缓冲区的空/满状态,而且必须和 mutex 严格配对。常见错误是:在 wait() 前没加锁、漏判条件、或用 notify_one() 但实际需要唤醒多个线程。

实操建议:

  • 所有对共享队列的读写操作,必须包裹在 std::unique_lock<:mutex></:mutex>
  • wait() 的第二个参数必须是 lambda,且内部要检查真实条件(比如 !queue.empty()),不能只靠通知触发
  • 生产者用 notify_one()notify_all() 都行,但消费者一般用 notify_one() 更轻量;若存在多个消费者竞争,notify_one() 是安全的
  • 别在 wait() 外面手动 lock()/unlock() —— unique_lock 的 RAII 机制会自动处理

一个能跑通的最小完整示例长什么样?

下面这段代码去掉注释就能编译运行(C++11 起支持),重点看三处:构造函数初始化、push()pop() 中的 wait 逻辑、以及 stop() 如何避免死等。

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

struct BlockingQueue {
    std::queue<int> q;
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable not_empty, not_full;
    bool stopped = false;

    void push(int x) {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
        not_full.wait(lk, [this]{ return q.size() < 10 || stopped; });
        if (stopped) return;
        q.push(x);
        not_empty.notify_one();
    }

    int pop() {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
        not_empty.wait(lk, [this]{ return !q.empty() || stopped; });
        if (q.empty()) return -1; // stopped
        int x = q.front(); q.pop();
        not_full.notify_one();
        return x;
    }

    void stop() {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx);
        stopped = true;
        not_empty.notify_all();
        not_full.notify_all();
    }
};

注意:not_full 条件里用了 q.size() ,这是模拟有界队列;如果做无界队列,可以把 <code>not_full 相关逻辑全删掉,只留 not_empty

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

多生产者多消费者下,notify_one()notify_all() 怎么选?

notify_one() 就够了。除非你明确知道某个通知要同时唤醒所有等待线程(比如广播停止信号),否则 notify_all() 会引发“惊群效应”——多个线程被唤醒后抢锁、再发现条件不满足、又回去等,白白消耗 CPU。

MyMap AI
MyMap AI

使用AI将想法转化为图表

下载

使用场景差异:

  • 生产者调用 push() 后,只唤醒一个阻塞的消费者即可 —— 用 notify_one()
  • 消费者调用 pop() 后,只唤醒一个阻塞的生产者即可 —— 同样用 notify_one()
  • stop() 必须用 notify_all(),否则可能有线程永远卡在 wait()

性能影响:在高并发下,notify_all() 可能使线程调度开销翻几倍,尤其当等待线程数 > 10 时,差异明显。

为什么 std::queue 不是线程安全的,但没人用 std::deque 替代?

因为线程安全与否跟容器类型无关,只跟访问方式有关。std::queue 默认用 std::deque 作底层容器,它本身不是“更安全”,只是默认实现恰好支持高效头尾操作。真正关键的是:所有访问都必须受同一把 mutex 保护。

容易踩的坑:

  • 误以为换成 std::vector 作底层容器就能省锁 —— 错,push_back()pop_front() 仍需同步
  • wait() 的 lambda 里调用非原子操作(比如 q.size() > 0 && q.front() > 5)—— 两次访问之间可能被其他线程修改,应拆成两步或加锁判断
  • 忘记 stopped 标志也要在 mutex 下读写,否则可能读到撕裂值

复杂点在于:条件变量 + 互斥锁 + 共享状态这三者的生命周期和作用域必须完全对齐,差一点就出现竞态或假唤醒。调试时最常看到的错误是 std::system_error: Invalid argument,基本都是 mutex 没 lock 就传给 wait() 导致的。

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
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。

212

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。

192

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。

60

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。

715

2023.08.10

pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法
pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法

本专题系统整理pixiv网页版官网入口及登录访问方式,涵盖官网登录页面直达路径、在线阅读入口及快速进入方法说明,帮助用户高效找到pixiv官方网站,实现便捷、安全的网页端浏览与账号登录体验。

1044

2026.02.13

微博网页版主页入口与登录指南_官方网页端快速访问方法
微博网页版主页入口与登录指南_官方网页端快速访问方法

本专题系统整理微博网页版官方入口及网页端登录方式,涵盖首页直达地址、账号登录流程与常见访问问题说明,帮助用户快速找到微博官网主页,实现便捷、安全的网页端登录与内容浏览体验。

334

2026.02.13

Flutter跨平台开发与状态管理实战
Flutter跨平台开发与状态管理实战

本专题围绕Flutter框架展开,系统讲解跨平台UI构建原理与状态管理方案。内容涵盖Widget生命周期、路由管理、Provider与Bloc状态管理模式、网络请求封装及性能优化技巧。通过实战项目演示,帮助开发者构建流畅、可维护的跨平台移动应用。

213

2026.02.13

TypeScript工程化开发与Vite构建优化实践
TypeScript工程化开发与Vite构建优化实践

本专题面向前端开发者,深入讲解 TypeScript 类型系统与大型项目结构设计方法,并结合 Vite 构建工具优化前端工程化流程。内容包括模块化设计、类型声明管理、代码分割、热更新原理以及构建性能调优。通过完整项目示例,帮助开发者提升代码可维护性与开发效率。

35

2026.02.13

Redis高可用架构与分布式缓存实战
Redis高可用架构与分布式缓存实战

本专题围绕 Redis 在高并发系统中的应用展开,系统讲解主从复制、哨兵机制、Cluster 集群模式及数据分片原理。内容涵盖缓存穿透与雪崩解决方案、分布式锁实现、热点数据优化及持久化策略。通过真实业务场景演示,帮助开发者构建高可用、可扩展的分布式缓存系统。

111

2026.02.13

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
C# 教程
C# 教程

共94课时 | 10万人学习

C 教程
C 教程

共75课时 | 4.9万人学习

C++教程
C++教程

共115课时 | 18.9万人学习

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