C++如何实现一个阻塞队列_C++ 阻塞队列实现方法-C++-PHP中文网

C++如何实现一个阻塞队列_C++ 阻塞队列实现方法

尼克

发布： 2025-10-16 08:58:01

原创

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阻塞队列通过std::queue、std::mutex和std::condition_variable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取出操作。

c++如何实现一个阻塞队列_c++ 阻塞队列实现方法

在多线程编程中，阻塞队列是一种常用的线程安全数据结构，用于生产者-消费者模型。当队列为空时，消费者线程会被阻塞，直到有新元素加入；当队列为满时，生产者线程会被阻塞，直到有空间可用。C++ 中可以通过 std::queue、std::mutex、std::condition_variable 来实现一个高效的阻塞队列。

基本组件说明

要实现一个阻塞队列，需要以下几个关键组件：

std::queue<T>：用于存储数据的底层容器。
std::mutex：保护共享队列，防止多个线程同时访问造成数据竞争。
std::condition_variable：用于线程间通信，实现阻塞与唤醒机制。
最大容量（可选）：限制队列大小，实现有界阻塞队列。

阻塞队列类实现

以下是一个线程安全的、固定容量的阻塞队列实现：

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#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
#include <iostream>
<p>template <typename T>
class BlockingQueue {
private:
std::queue<T> data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable not_empty;
std::condition_variable not_full;
size_t max_size;</p><p>public:
explicit BlockingQueue(size_t capacity) : max_size(capacity) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void put(T item) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    // 队列满时等待
    not_full.wait(lock, [this] { return data_queue.size() < max_size; });
    data_queue.push(std::move(item));
    not_empty.notify_one(); // 唤醒一个等待消费的线程
}

T take() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    // 队列空时等待
    not_empty.wait(lock, [this] { return !data_queue.empty(); });
    T value = std::move(data_queue.front());
    data_queue.pop();
    not_full.notify_one(); // 唤醒一个等待插入的线程
    return value;
}

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();
}

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};

使用示例

下面是一个简单的生产者-消费者模型演示：

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int main() {
    BlockingQueue<int> queue(5); // 容量为5
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>auto producer = [&](int id) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        queue.put(i * 10 + id);
        std::cout << "Producer " << id << " put: " << i*10+id << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
};

auto consumer = [&]() {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        int value = queue.take();
        std::cout << "Consumer got: " << value << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));
    }
};

std::thread p1(producer, 1);
std::thread p2(producer, 2);
std::thread c(consumer);

p1.join();
p2.join();
c.join();

return 0;

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}

该示例创建了两个生产者线程和一个消费者线程，通过阻塞队列安全地传递数据。