C++如何实现生产者消费者模型_C++ condition_variable多线程同步实例

尼克

发布时间：2025-12-07 22:08:03

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来源于php中文网

原创

生产者消费者模型通过互斥锁和条件变量实现线程同步，生产者在缓冲区满时等待，消费者在空时等待，使用cv.wait配合谓词避免虚假唤醒，notify_all通知状态变化，确保线程安全协作。

c++如何实现生产者消费者模型_c++ condition_variable多线程同步实例

在C++多线程编程中，生产者消费者模型是经典的线程同步问题。它描述了多个线程之间通过共享缓冲区进行协作：生产者生成数据并放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据处理。为了避免竞争条件和资源浪费，需要使用互斥锁和条件变量来协调线程行为。

使用std::condition_variable实现生产者消费者模型

C++11引入了std::condition_variable和std::mutex，为多线程同步提供了标准支持。核心思路是：

用std::mutex保护共享缓冲区，防止多个线程同时访问
生产者在缓冲区满时等待，消费者在缓冲区空时等待
使用std::condition_variable通知对方状态变化

代码实现示例

下面是一个基于固定大小队列的生产者消费者模型实例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue buffer;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
const int max_buffer_size = 5;

void producer(int id) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, []{ return buffer.size() < max_buffer_size; });
        
        buffer.push(i);
        std::cout << "Producer " << id << " produced: " << i << std::endl;
        
        lock.unlock();
        cv.notify_all();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void consumer(int id) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, []{ return !buffer.empty(); });
        
        int value = buffer.front();
        buffer.pop();
        std::cout << "Consumer " << id << " consumed: " << value << std::endl;
        
        lock.unlock();
        cv.notify_all();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(150));
    }
}

主函数创建两个生产者和一个消费者线程：

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下载

int main() {
    std::thread p1(producer, 1);
    std::thread p2(producer, 2);
    std::thread c1(consumer, 1);

    p1.join();
    p2.join();
    c1.join();

    return 0;
}

关键点说明

条件变量的wait用法：cv.wait(lock, predicate)会自动释放锁并在条件不满足时阻塞，当被唤醒时重新获取锁并检查条件。这种模式避免了忙等，提高了效率。

notify_all vs notify_one：使用notify_all()可以唤醒所有等待线程，适用于多个生产者或消费者的情况。如果确定只有一个线程需要唤醒，可用notify_one()减少上下文切换开销。

虚假唤醒处理：条件变量可能发生虚假唤醒，因此wait必须配合循环或谓词使用，确保条件真正满足才继续执行。

基本上就这些。这个模型可扩展用于实际场景，比如任务队列、日志处理等，只需替换数据类型和处理逻辑即可。

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