Linux实用功能代码集（4） —— 线程间消息队列（2）

蓝天居士2026-03-27 14:54

接前一篇文章：Linux实用功能代码集（3） ------ 线程间消息队列（1）

本文内容参考：

消息队列函数由msgget、msgctl、msgsnd、msgrcv四个函数解析_msgget函数-CSDN博客

特此致谢！

上一回讲解了线程间消息队列机制以及其中会用到的接口函数，包括：

本回给出实际的完整代码并进行讲解。完整代码如下：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

#define MAX_MSG_SIZE  1024
#define MAX_MSG_NUM   16

typedef struct {
	long type;
	char data[MAX_MSG_SIZE];
} msg_t;

typedef struct {
	msg_t msgs[MAX_MSG_NUM];
	int head;
	int tail;
	int count;
	pthread_mutex_t mutex;
	pthread_cond_t cond;
} msg_queue_t;

msg_queue_t g_queue;
//pthread_t g_recv_tid;

void queue_init(void)
{
	g_queue.head = g_queue.tail = 0;
	g_queue.count = 0;
	pthread_mutex_init(&g_queue.mutex, NULL);
	pthread_cond_init(&g_queue.cond, NULL);
}

int send_msg(long type, const char *data)
{
	if (!data)
		return -1;

	pthread_mutex_lock(&g_queue.mutex);

	if (g_queue.count >= MAX_MSG_NUM)
	{
		pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);
		return -1;
	}

	g_queue.msgs[g_queue.tail].type = type;
	strcpy(g_queue.msgs[g_queue.tail].data, data);

	g_queue.tail = (g_queue.tail + 1) % MAX_MSG_NUM;
	g_queue.count++;

	pthread_cond_signal(&g_queue.cond); //wake up recv thread
	pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);

	return 0;
}

int recv_msg(long *type, char *data)
{
	if (!type || !data)
		return -1;

	pthread_mutex_lock(&g_queue.mutex);

	while (g_queue.count == 0) //receive (blocked mode)
		pthread_cond_wait(&g_queue.cond, &g_queue.mutex);

	*type = g_queue.msgs[g_queue.head].type;
	strcpy(data, g_queue.msgs[g_queue.head].data);

	g_queue.head = (g_queue.head + 1) % MAX_MSG_NUM;
	g_queue.count--;

	pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);

	return 0;
}

void *recv_thread(void *arg)
{
	long type;
	char data[MAX_MSG_SIZE] = {0};

	while (1)
	{
		recv_msg(&type, data);
		printf("received message: type=%ld, data=%s\n", type, data);
	}

	pthread_exit(NULL);
}

int detach_thread_create(pthread_t *thread_handle, void *(*fn)(void *), void *arg)
{
	pthread_attr_t tattr;
	int ret = -1;

	if (!thread_handle || !fn)
	{
		printf("parameter can't be null\n");
		return -1;
	}

	ret = pthread_attr_init(&tattr);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_attr_init error: %s\n", strerror(errno));
		//log_e("pthread_attr_init Error:%s", strerror(err));
		return -1;
	}

	ret = pthread_attr_setdetachstate(&tattr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_attr_setdetachstate error: %s\n", strerror(errno));
		pthread_attr_destroy(&tattr);
		return -1;
	}

	ret = pthread_create(thread_handle, &tattr, fn, arg);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_create error: %s\n", strerror(errno));
		pthread_attr_destroy(&tattr);
		return -1;
	}

	pthread_attr_destroy(&tattr);

	return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret;
	pthread_t recv_tid;
	msg_t s_msg;

	queue_init();

	ret = detach_thread_create(&recv_tid, recv_thread, NULL);
	if (ret)
	{
		printf("detach_thread_create failed\n");
		return -1;
	}

	while (1)
	{
		int c = getchar();
		if (c == 'a' || c == 'A')
		{
			s_msg.type = 0x01111111;
			memcpy(s_msg.data, "abcdefgh", strlen("abcdefgh") + 1);
			send_msg(s_msg.type, s_msg.data);
		}
		else if(c == 'e' || c == 'E')
		{
			printf("%s exit\n", argv[0]);
			return -1;
		}
	}

	return 0;
}

代码中首先定义了两个数据类型：msg_t和msg_queue_t。

cpp 复制代码 
typedef struct {
	long type;
	char data[MAX_MSG_SIZE];
} msg_t;
cpp 复制代码 
typedef struct {
	msg_t msgs[MAX_MSG_NUM];
	int head;
	int tail;
	int count;
	pthread_mutex_t mutex;
	pthread_cond_t cond;
} msg_queue_t;

msg_t实际上是仿照进程间通信的消息队列中的经常会定义并用到的msgbuf_t类型：

cpp 复制代码 
typedef struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[TEXT_SIZE];
} msgbuf_t;

其中存的是消息类型和数据（消息内容）。

而真正的核心结构是msg_queue_t。其中分为了3部分：

  • 消息类型和数据
cpp 复制代码 
    msg_t msgs[];
  • 消息缓冲区相关
cpp 复制代码 
    msg_t msgs[MAX_MSG_NUM];
	int head;
	int tail;
	int count;
  • 互斥锁和条件变量
cpp 复制代码 
	pthread_mutex_t mutex;
	pthread_cond_t cond;

有了以上数据结构，地基就算打好了。

这个消息队列的特点：

✅ 线程安全（加了锁）

✅ 阻塞等待消息（不占CPU）

✅ 支持多线程发送、多线程接收

✅ 轻量、极快

✅ 不用系统调用，纯用户态实现

接下来讲解具体函数实现代码：

（1）初始化（全局）消息队列

主（main）函数中一上来先调用queue_ini()，初始化（全局）消息队列。相关代码如下：

cpp 复制代码 
int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret;
	pthread_t recv_tid;
	msg_t s_msg;

	queue_init();

    ......

    return 0;
}
cpp 复制代码 
void queue_init(void)
{
	g_queue.head = g_queue.tail = 0;
	g_queue.count = 0;
	pthread_mutex_init(&g_queue.mutex, NULL);
	pthread_cond_init(&g_queue.cond, NULL);
}

queue函数就是初始化全局消息队列。将头指针、尾指针置为0，也就代表读、写指针都在最开始的位置；将计数也置为0，表示没有消息。然后就是初始化线程锁和条件变量，两者须配合使用。

（2）创建消息队列接收线程（分离式）

接下来，创建消息队列接收线程。注意，这里是创建的是分离式线程（创建一般线程也可以，并并无实质影响）。相关代码如下：

cpp 复制代码 
	ret = detach_thread_create(&recv_tid, recv_thread, NULL);
	if (ret)
	{
		printf("detach_thread_create failed\n");
		return -1;
	}
cpp 复制代码 
int detach_thread_create(pthread_t *thread_handle, void *(*fn)(void *), void *arg)
{
	pthread_attr_t tattr;
	int ret = -1;

	if (!thread_handle || !fn)
	{
		printf("parameter can't be null\n");
		return -1;
	}

	ret = pthread_attr_init(&tattr);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_attr_init error: %s\n", strerror(errno));
		//log_e("pthread_attr_init Error:%s", strerror(err));
		return -1;
	}

	ret = pthread_attr_setdetachstate(&tattr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_attr_setdetachstate error: %s\n", strerror(errno));
		pthread_attr_destroy(&tattr);
		return -1;
	}

	ret = pthread_create(thread_handle, &tattr, fn, arg);
	if (ret)
	{
		printf("pthread_create error: %s\n", strerror(errno));
		pthread_attr_destroy(&tattr);
		return -1;
	}

	pthread_attr_destroy(&tattr);

	return 0;
}

（3）接收线程中以阻塞方式接收消息

在接收线程中，调用recv_msg函数以阻塞方式（通过pthread_cond_wait函数实现）接收消息。相关代码如下：

cpp 复制代码 
int recv_msg(long *type, char *data)
{
	if (!type || !data)
		return -1;

	pthread_mutex_lock(&g_queue.mutex);

	while (g_queue.count == 0) //receive (blocked mode)
		pthread_cond_wait(&g_queue.cond, &g_queue.mutex);

	*type = g_queue.msgs[g_queue.head].type;
	strcpy(data, g_queue.msgs[g_queue.head].data);

	g_queue.head = (g_queue.head + 1) % MAX_MSG_NUM;
	g_queue.count--;

	pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);

	return 0;
}

void *recv_thread(void *arg)
{
	long type;
	char data[MAX_MSG_SIZE] = {0};

	while (1)
	{
		recv_msg(&type, data);
		printf("received message: type=%ld, data=%s\n", type, data);
	}

	pthread_exit(NULL);
}

如果缓冲区中有消息，则拷贝给出参，并移动头指针；否则阻塞等待。

（4）等待输入，并发送消息

在main函数的主循环中，等待键盘输入。如果输入'A'或'a'，则调用send_msg函数发送消息；如果接收到输入'E'或'e'，则退出程序。相关代码如下：

cpp 复制代码 
	while (1)
	{
		int c = getchar();
		if (c == 'a' || c == 'A')
		{
			s_msg.type = 0x01111111;
			memcpy(s_msg.data, "abcdefgh", strlen("abcdefgh") + 1);
			send_msg(s_msg.type, s_msg.data);
		}
		else if(c == 'e' || c == 'E')
		{
			printf("%s exit\n", argv[0]);
			return -1;
		}
	}

send_msg函数中，如果消息队列缓冲区未满，则每调用一次，就向消息队列中写入依一次数据，并移动尾指针，同时将计数加1。之后通过pthread_cond_signal函数唤醒阻塞等待中的接收线程。

cpp 复制代码 
int send_msg(long type, const char *data)
{
	if (!data)
		return -1;

	pthread_mutex_lock(&g_queue.mutex);

	if (g_queue.count >= MAX_MSG_NUM)
	{
		pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);
		return -1;
	}

	g_queue.msgs[g_queue.tail].type = type;
	strcpy(g_queue.msgs[g_queue.tail].data, data);

	g_queue.tail = (g_queue.tail + 1) % MAX_MSG_NUM;
	g_queue.count++;

	pthread_cond_signal(&g_queue.cond); //wake up recv thread
	pthread_mutex_unlock(&g_queue.mutex);

	return 0;
}

程序编译及运行结果如下：

bash 复制代码 
$ make clean
rm -rf *.o thread_msgqueue
$ 
$ make
gcc -o thread_msgqueue.o -c thread_msgqueue.c
gcc -o thread_msgqueue thread_msgqueue.o -L. -lpthread
chmod 755 thread_msgqueue
rm -rf *.o
thread_msgqueue.c
bash 复制代码 
$ ./thread_msgqueue 
a
received message: type=17895697, data=abcdefgh
a
received message: type=17895697, data=abcdefgh
e
./thread_msgqueue exit

完整工程代码已上传至：实现线程间消息队列的示例工程代码资源-CSDN下载。

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