为什么 std::queue 不是线程安全的？

Question

主题说了算。我不明白为什么 std::queue（或一般来说：任何队列）本质上不是线程安全的，因为没有像其他数据结构那样涉及迭代器。

根据一般规则

• 至少有一个线程正在写入...
• 另一个线程正在从共享资源中读取数据

我应该在以下示例代码中遇到冲突：

#include "stdafx.h"
#include <queue>
#include <thread>
#include <iostream>

struct response
{
    static int & getCount()
    {
        static int theCount = 0;
        return theCount;
    }

    int id;
};


std::queue<response> queue;

// generate 100 response objects and push them into the queue
void produce()
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        response r; 
        r.id = response::getCount()++;
        queue.push(r);
        std::cout << "produced: " << r.id << std::endl;
    }
}

// get the 100 first responses from the queue
void consume()
{
    int consumedCounter = 0;
    for (;;)
    {       
        if (!queue.empty())
        {
            std::cout << "consumed: " << queue.front().id << std::endl;
            queue.pop();
            consumedCounter++;
        }

        if (consumedCounter == 100)
            break;
    }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

    std::thread t1(produce);
    std::thread t2(consume);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

一切似乎都运行良好： - 没有违反完整性/数据损坏 - 消费者获取它们的元素的顺序是正确的（0

Answer 1

假设您检查!queue.empty()，进入下一个块，在访问queue.first() 之前，另一个线程将删除（弹出）唯一的元素，因此您查询一个空队列。

使用如下同步队列

#pragma once

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

    template <typename T>
    class SharedQueue
    {
    public:
        SharedQueue();
        ~SharedQueue();

        T& front();
        void pop_front();

        void push_back(const T& item);
        void push_back(T&& item);

        int size();
        bool empty();

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

    template <typename T>
    SharedQueue<T>::SharedQueue(){}

    template <typename T>
    SharedQueue<T>::~SharedQueue(){}

    template <typename T>
    T& SharedQueue<T>::front()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(mutex_);
        while (queue_.empty())
        {
            cond_.wait(mlock);
        }
        return queue_.front();
    }

    template <typename T>
    void SharedQueue<T>::pop_front()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(mutex_);
        while (queue_.empty())
        {
            cond_.wait(mlock);
        }
        queue_.pop_front();
    }     

    template <typename T>
    void SharedQueue<T>::push_back(const T& item)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(mutex_);
        queue_.push_back(item);
        mlock.unlock();     // unlock before notificiation to minimize mutex con
        cond_.notify_one(); // notify one waiting thread

    }

    template <typename T>
    void SharedQueue<T>::push_back(T&& item)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(mutex_);
        queue_.push_back(std::move(item));
        mlock.unlock();     // unlock before notificiation to minimize mutex con
        cond_.notify_one(); // notify one waiting thread

    }

    template <typename T>
    int SharedQueue<T>::size()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> mlock(mutex_);
        int size = queue_.size();
        mlock.unlock();
        return size;
    }

对front() 的调用会一直等待，直到它有一个元素并锁定底层队列，因此一次只能有一个线程访问它。