【Linux系统编程】用互斥量和信号量加锁STL容器，避免并发问题

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引言

容器模型

容器代码

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引言

STL容器并没有保证线程安全，而大多数应用场景下，为了追求效率，多线程是必不可少的。而底层容器难免会有并发问题。从设计上来说要么在上层代码做加锁处理，要么封装出能保证线程安全容器。

本文给出的方案是用信号量和互斥量封装vector容器——用两个信号量和两个互斥量封装出环形队列。

容器模型

给容器设计两个接口，push()用来向容器填充数据，pop用来向容器取数据。调用push接口的称为生产者，调用pop接口的称为消费者。

vector容器用下标回绕的方式，在逻辑上是一个环形。线程先去申请信号量资源，申请到了信号量资源的线程再去竞争互斥量，谁能锁住互斥量，谁就去容器里操作。

有了信号量和互斥量的存在，在任意时刻，有且只能有0或1个生产者，0或1个消费者线程在容器里操作。那么push接口和pop接口就是原子性的操作。

容器代码

#pragma once // 防止头文件被重复包含
//保证线程安全的环形队列容器
#include <vector>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>#define C_MAX 300 //容器的容量template <class T>
class annular
{public:annular(int max_c = C_MAX): max_capacity(max_c), min_capacity(0), _c_subscript(0), _p_subscript(0){_v.reserve(max_c);pthread_mutex_init(&_c_lock, nullptr);pthread_mutex_init(&_p_lock, nullptr);sem_init(&_c_sem, 0, 0);sem_init(&_p_sem, 0, max_c);}~annular(){pthread_mutex_destroy(&_c_lock);pthread_mutex_destroy(&_p_lock);sem_destroy(&_c_sem);sem_destroy(&_p_sem);}void push(const T &data){sem_wait(&_p_sem);            // 信号量的p操作pthread_mutex_lock(&_p_lock); // 加锁_v[_p_subscript] = data;_p_subscript++;_p_subscript %= max_capacity;sem_post(&_c_sem);              // 信号量的v操作pthread_mutex_unlock(&_p_lock); // 解锁}void pop(T &data){sem_wait(&_c_sem);            // 信号量的p操作pthread_mutex_lock(&_c_lock); // 加锁data = _v[_c_subscript];_c_subscript++;_c_subscript %= max_capacity;sem_post(&_p_sem);              // 信号量的v操作pthread_mutex_unlock(&_c_lock); // 解锁}private:pthread_mutex_t _c_lock; // 消费者互斥量pthread_mutex_t _p_lock; // 生产者互斥量sem_t _c_sem;            // 消费者信号量sem_t _p_sem;            // 生产者信号量int _c_subscript;        // 消费者下标int _p_subscript;        // 生产者下标std::vector<T> _v;int max_capacity; // 容器最大容量int min_capacity; // 容器最小容量
};