利用锁和条件变量实现线程安全的阻塞队列

。。。9042026-02-18 13:30

利用锁和条件变量实现线程安全的阻塞队列

1、阻塞队列定义：

复制代码

typedef struct data_block{
	char* data;
	int length;
}data_block_t;

typedef struct block_queue {
    data_block_t **blocks;      
    int head;                  
    int tail;                  
    int capacity;              
    int count;                 
    pthread_mutex_t lock;      
    pthread_cond_t not_empty;  
    pthread_cond_t not_full;   
    atomic_bool closed;        
} block_queue_t;

2、队列管理函数：

复制代码

block_queue_t* queue_create(int max_size);
void queue_destroy(block_queue_t *queue);
int queue_enqueue(block_queue_t *queue, data_block_t *block);
data_block_t* queue_dequeue(block_queue_t *queue);
bool queue_remove_block(block_queue_t *queue, data_block_t *target_block);
void queue_close(block_queue_t *queue);
void queue_clear(block_queue_t *queue);

具体实现涉及到多线程的一些知识以及pthread库的使用，其实主要就是上锁解锁操作、利用条件变量阻塞线程和唤醒线程。

阻塞队列中的条件变量的作用是：让生产者 / 消费者线程在 "条件不满足时（队列满 / 空）"高效阻塞休眠 （不占 CPU），在 "条件满足时（队列非满 / 非空）"精准被唤醒，而非无意义地轮询检查。

下面列举出队的具体实现：

复制代码

data_block_t* queue_dequeue_block(block_queue_t *queue) {
    if (!queue) {
        return NULL;
    }

    pthread_mutex_lock(&queue->lock);

    while (queue->count == 0 && !atomic_load(&queue->closed)) {
        pthread_cond_wait(&queue->not_empty, &queue->lock);
    }

    if (queue->count == 0) {
        pthread_mutex_unlock(&queue->lock);
        return NULL;
    }

    data_block_t *block = queue->blocks[queue->head];

    queue->blocks[queue->head] = NULL;
    queue->head = (queue->head + 1) % queue->capacity;
    queue->count--;

    // Signal waiting producers
    pthread_cond_signal(&queue->not_full);
    pthread_mutex_unlock(&queue->lock);

    return block;
}