如何在Linux C++中實現線程安全的隊列

在 Linux 中，使用 C++ 實現線程安全的隊列可以通過使用互斥鎖（mutex）和條件變量（condition variable）來完成

#include <iostream>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

template<typename T>
class ThreadSafeQueue {
public:
    // 入隊操作
    void push(const T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        queue_.push(item);
        lock.unlock();
        cond_.notify_one();
    }

    // 出隊操作
    bool pop(T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        while (queue_.empty()) {
            cond_.wait(lock);
        }
        item = queue_.front();
        queue_.pop();
        return true;
    }

    // 判斷隊列是否為空
    bool empty() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        return queue_.empty();
    }

private:
    std::queue<T> queue_;
    mutable std::mutex mutex_;
    std::condition_variable cond_;
};

int main() {
    ThreadSafeQueue<int> q;

    // 生產者線程
    std::thread producer([&q]() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            q.push(i);
            std::cout << "Produced: "<< i << std::endl;
        }
    });

    // 消費者線程
    std::thread consumer([&q]() {
        int item;
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            if (q.pop(item)) {
                std::cout << "Consumed: " << item << std::endl;
            } else {
                std::cout << "Queue is empty" << std::endl;
            }
        }
    });

    producer.join();
    consumer.join();

    return 0;
}

在這個示例中，我們定義了一個名為 ThreadSafeQueue 的模板類，它使用 std::queue 來存儲數據，std::mutex 來保護隊列的訪問，以及 std::condition_variable 來在隊列為空時阻塞消費者線程。

push() 方法用于向隊列中添加元素，pop() 方法用于從隊列中移除元素。在 pop() 方法中，我們使用 while 循環檢查隊列是否為空，如果為空，則調用 cond_.wait(lock) 使當前線程等待。當生產者線程向隊列中添加元素時，它會調用 cond_.notify_one() 來喚醒等待的消費者線程。

在 main() 函數中，我們創建了一個生產者線程和一個消費者線程，它們分別向隊列中添加和移除元素。通過使用互斥鎖和條件變量，我們確保了隊列操作的線程安全性。