共享队列的线程安全

Question

我在 C++ 中的多线程应用程序方面没有太多经验，我目前正在尝试设计一个具有四个线程和三个共享队列的应用程序。这是我一年前用 Python 编写的应用程序的 C++ 版本，但它的运行速度不够快，无法满足新的要求（我一直想在 C++ 中学习多线程，所以这似乎是一个好机会)。

计划的线程是：

1) 从文件末尾抓取行的线程（相当于在 linux CL 中运行 tail -f）

2) 线程处理文件中的行

3) 线程将处理后的行发送到别处

4) 在日志文件中写入调试输出的可选线程（是否使用在运行时指定）

我打算使用的队列设置是：

线程 1 和 2 之间的一个共享队列；线程 1 放入物品，线程 2 取出物品。永远不要反过来。线程 2 和 3 的一个共享队列，其行为方式与前者相同。第三个可选队列，前三个线程都写入，第四个线程读取。

我遇到的问题是，与 Python 中的 multiprocessing.Queue() 对象不同，C++ 队列默认不是线程安全的，我还没有找到标准的共享队列实现。

问题：

1) 我在 Python 中使用的基本大纲（上图）可以在 C++ 中重复使用，而开发起来不会一团糟吗？

2) 是否有我尚未找到的线程安全队列的标准实现，或者我必须求助于外来库（例如 Boost）还是自己制作？

Answer 1

如果你不想使用 boost，这里有一个或多或少完整的实现：

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

class Queue
{
public:
  Queue() = default;
  ~Queue() = default;

  int pop()
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock_guard(mutex_);

    while (internal_queue_.empty())
    {
      cond_.wait(lock_guard);
    }

    auto item = i_queue_.front();
    i_queue_.pop();
    return item;
  }

  void push(int item)
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock_guard(mutex_);
    i_queue_.push(item);
    lock_guard.unlock();
    cond_.notify_one();
  }

private:
  std::queue<int> i_queue_;
  std::mutex mutex_;
  std::condition_variable cond_;
};

int main()
{
  Queue queue;
  queue.push(1);
  auto i = queue.pop();
  return 0;
}

请注意，pop 将阻塞您的线程，直到队列为空。 Push 将通知等待的线程。也就是说，您只需要在您的线程中使用一个循环来一对一地弹出项目。如果没有更多物品可供消费，则循环将等待。