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C++编写golang channel实现

2023-07-01 05:16:18 深夜i -- --

C++ Golang Channel 编写实现

最近在学习Golang，发现其中非常有用的feature就是channel。Golang的channel可以说是一种高级的同步机制，可以让不同的goroutine之间进行安全的数据传输，而且不需要担心锁的问题等其他并发问题。而在C++中，由于没有直接的channel的实现，需要通过一些技巧来实现这个功能。

在C++中，可以通过使用thread_local和condition_variable来实现类似于channel的机制。在这里，我们先介绍一下这两个东西是什么。

thread_local是C++11中新增的一种关键字，它可以定义一个线程局部变量，即每个线程都有自己独立的变量实例。这个特性可以很好地配合我们实现C++版的channel。

condition_variable是一个C++标准库中的类，它可以用来实现线程间的同步，比如等待某个事件的发生、唤醒其他线程等等。在这里，我们可以使用它来实现goroutine之间的通信。

通过thread_local和condition_variable，我们可以实现一个类似于channel的机制。具体的实现方式可以参考下面的代码：


#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <queue>
template <typename T>
class Channel {
public:
 void push(T const& value) {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
  m_queue.push(value);
  m_condition.notify_one();
 }
 T pop() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
  while (m_queue.empty()) {
   m_condition.wait(lock);
  }
  auto const value = m_queue.front();
  m_queue.pop();
  return value;
 }
private:
 std::queue<T> m_queue;
 std::mutex m_mutex;
 std::condition_variable m_condition;
};

在这里，我们使用了一个queue来保存数据，当有新数据进入时，我们使用notify_one来唤醒等待的线程。当取出数据时，我们使用wait来等待数据的到来。

使用这个Channel类，就可以很容易地实现多个线程之间的通信。下面的代码示例展示了如何使用这个Channel类来实现多个线程之间的数据共享和传输。


#include "channel.h"
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
Channel<int> channel{};
void producer() {
 for (int i = 0; i < 10; ++i) {
  std::cout << "Producing " << i << std::endl;
  channel.push(i);
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
 }
}
void consumer() {
 int data = 0;
 for (int i = 0; i < 10; ++i) {
  data = channel.pop();
  std::cout << "Consuming " << data << std::endl;
 }
}
int main() {
 std::vector<std::thread> threads;
 threads.emplace_back(producer);
 threads.emplace_back(consumer);
 for (auto& thread : threads) {
  thread.join();
 }
 return 0;
}

在这个示例中，我们创建了两个线程，一个生产者线程和一个消费者线程。生产者线程使用push函数将数据放入Channel中，而消费者线程使用pop函数从Channel中取出数据。由于Channel类自带同步机制，所以我们可以放心地进行数据传输，而不用担心多线程并发问题。

总的来说，虽然在C++中没有Golang那么方便的channel，但借助一些关键字和类，也可以实现类似于channel的机制，较为轻松地实现线程之间的数据传输。使用thread_local和condition_variable，不仅可以提高C++程序的并发性能，还能够在一定程度上优化线程之间的同步问题。

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