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C++队列Queue多线程编程

2023-07-06 19:13:27 深夜i -- --

C++ 队列 Queue 多线程编程

在C++编程中，队列是一个常见的数据结构，用于实现先进先出（FIFO）的操作。队列在许多应用程序中发挥着重要作用，例如生产者消费者模型、网络通信等等。而多线程编程又是一个十分重要的话题，因为现代计算机都有多个CPU核心，为了充分利用硬件资源，我们需要学习如何编写多线程程序，从而提高程序的性能和吞吐量。

在C++中，我们可以使用STL中的queue头文件实现队列功能，大大减少了代码实现的复杂性。在多线程编程中，我们可以使用线程安全的队列来避免竞争条件和不必要的锁，从而大幅度提高程序的效率。

线程安全队列的实现其实就是在普通队列的基础上加了互斥锁。由于互斥锁和条件变量操作是一个原子操作，所以可以使用条件变量来实现线程等待和唤醒，避免了不必要的轮询。

下面是一个示例程序，展示了如何使用C++的queue库和互斥锁来实现线程安全队列：

#include

std::queue my_queue;

std::mutex my_mutex;

std::condition_variable my_cv;

void producer()

{

for (int i = 0; i < 5; ++i) {

{

std::unique_lock lock(my_mutex);

my_queue.push(i);

std::cout << "Produced: " << i << std::endl;

}

my_cv.notify_all();

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));

}

void consumer()

{

while (true) {

std::unique_lock lock(my_mutex);

while (my_queue.empty()) {

my_cv.wait(lock);

}

int i = my_queue.front();

my_queue.pop();

std::cout << "Consumed: " << i << std::endl;

lock.unlock();

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));

}

int main() {

std::thread t1(producer);

std::thread t2(consumer);

t1.join();

t2.join();

return 0;

}

在这个示例程序中，我们定义了一个queue my_queue、一个std::mutex my_mutex、一个std::condition_variable my_cv。producer函数是生产者，它会从0到4生产5个数据，push到队列中，并用std::cout输出生产数据的信息。consumer函数是消费者，它会不停地消费数据，从队列中取出数据并将消费数据的信息std::cout输出。在while循环中，我们使用了std::unique_lock获取了互斥锁my_mutex，并用while循环不停地判断队列是否为空。如果队列为空了，就调用my_cv.wait(lock)线程等待。直到其他线程向队列中push了数据，并通知了my_cv线程，consumer线程才会唤醒，继续执行。

可以使用多个生产者和消费者共同操作一个队列，使用线程安全队列可以避免竞争条件和不必要的锁，大大提高了程序的性能和吞吐量。

在编写多线程程序时，需要注意避免死锁和竞争条件等问题。C++的STL库提供了丰富的线程安全容器，可以简化多线程编程的实现难度，让我们更加轻松地编写高效的多线程程序。

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