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Studying-多线程学习Part3 - condition_variable与其使用场景、C++11实现跨平台线程池

news 2025/8/15 20:16:27

来源：多线程学习

condition_variable与其使用场景

生产者与消费者模型

C++11实现跨平台线程池

condition_variable与其使用场景

生产者与消费者模型

生产者-消费者模式是一种经典的多线程设计模式，用于解决多个线程之间的数据共享和协作问题。在生产者-消费者模式中，有两类线程：生产者线程和消费者线程。它们之间通过共享一个缓冲区（或队列）来协作，生产者将数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据并进行处理。

生产者-消费者模式的主要目标是实现生产者和消费者之间的解耦，使它们可以独立地进行工作，从而提高系统的性能和可维护性。

condition_variable的步骤如下：

创建一个condition_variable对象
创建一个互斥锁 mutex 对象，用来保护共享资源的访问。
在需要等待条件变量的地方：使用unique_lock<mutex>对象锁定互斥锁，并调用condition_variable::wait()、condition_variable::wait_for()或condition_variable::wait_until()函数等待条件变量。
在其他线程中需要通知等待的线程时，调用condition_variable::notify_one()或condition_variable::notify_all()函数通知等待的线程。

代码参考：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <string>#include <condition_variable>
#include <queue>
using namespace std;queue<int> g_queue; //任务队列
condition_variable g_cv;
mutex mtx;//实现生产者
void Producer() {for (int i = 0; i < 10; ++i) {{unique_lock<mutex> lock(mtx);g_queue.push(i);//加任务的时候哦，需要通知消费者来取任务g_cv.notify_one(); cout << "Producer: " << i << endl;}this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(100)); //休眠100ms}
}//实现消费者
void Consumer() {while (1) {unique_lock<mutex> lock(mtx);//如果队列为空，理应需要等待//第二个参数是函数指针（可以用lambda表达式）返回的true则不堵塞，false则阻塞，注意阻塞的时候会释放资源所以不会发生死锁g_cv.wait(lock, []() {return !g_queue.empty(); });int value = g_queue.front();g_queue.pop();cout << "Consumer：" << value << endl;}
}int main() {thread t1(Producer);thread t2(Consumer);t1.join();t2.join();return 0;
}

C++11实现跨平台线程池

线程池符合的就是生产者和消费者模型。线程池提前维护一个线程的数组和一个任务队列，不同的让线程去完成队列里的任务。

使用线程池可以解决不断销毁创建线程的消耗。

代码参考：

//实现线程池
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <string>
#include <condition_variable> //条件变量
#include <queue>
#include <thread>
#include<functional> //对象包装器
using namespace std;//创先线程池的类
class ThreadPool {
public://构造函数ThreadPool(int numThreads) : stop(false) {for (int i = 0; i < numThreads; i++) {threads.emplace_back([this] {while (1) {unique_lock<mutex> lock(mtx); //互斥锁，因为线程是操作任务队列的condition.wait(lock, [this] { //判断任务队列里面是否有任务，且是否停止return !tasks.empty() || stop;});if (stop && tasks.empty()) { //如果线程终止了，则结束线程return;}function<void()> task(move(tasks.front())); //拷贝构造，但是使用move能够防止赋值tasks.pop();lock.unlock(); //取完任务之后，解锁，让其他线程可以接续取任务task();}});}}//析构函数~ThreadPool() {//手动加{}提供作用域{unique_lock<mutex> lock(mtx);stop = true;}condition.notify_all(); //通知线程完成所有任务for (thread& t : threads) { //这个地方要使用引用，因为线程是不可以复制的t.join();}}//加任务，加函数，使用模版可以实现可变参数template<class F,class... Args>void enqueue(F&& f, Args&&...args) { //&&万能引用function<void()> task = bind(forward<F>(f), forward<Args>(args)...);{unique_lock <mutex> lock(mtx);tasks.emplace(move(task));}condition.notify_one();}private:vector<thread> threads; //线程数组queue<function<void()>> tasks; //任务队列，队列里面包含的是函数模版mutex mtx; //互斥量condition_variable condition; //条件变量bool stop;};int main() {ThreadPool pool(4);for (int i = 0; i < 10; i++) {pool.enqueue([i] {cout << "task: " << i << " start" << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));cout << "task: " << i << " down" << endl;});}return 0;
}

知识点汇总：

1. thread线程库：vector<thread> threads; //线程数组

2.function函数模版：

3.mutex互斥锁

4.condtion_variable 条件变量：解决生产者消费者问题

5.lambda表达式-匿名函数

6.move移动语义

7.template<class F, class...Args>

8.&&右值引用，万能引用

9.bind函数适配器，绑定函数和函数参数

10.forward完美转发，配合&&实现万能引用

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