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6.2.2 线程安全队列——使用锁和条件变量
在清单6.2中重现一下第4章中的线程安全队列，与使用仿std::stack<>建立的栈很像，这里队列的建立也是参照了std::queue<>。不过，与标准容器的接口不同，我们要设计的是线程安全的数据结构。
清单6.2 使用条件变量实现的线程安全队列
template<typename T>
class threadsafe_queue
{
private:
mutable std::mutex mut;
std::queue<T> data_queue;
std::condition_variable data_cond;
public:
threadsafe_queue()
{}
void push(T new_value)
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
data_queue.push(std::move(data));
data_cond.notify_one(); // 1
}
void wait_and_pop(T& value) // 2
{
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();});
value=std::move(data_queue.front());
data_queue.pop();
}
std::shared_ptr<T> wait_and_pop() // 3
{
std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
data_cond.wait(lk,[this]{return !data_queue.empty();}); // 4
std::shared_ptr<T> res(
std::make_shared<T>(std::move(data_queue.front())));
data_queue.pop();
return res;
}
bool try_pop(T& value)
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty())
return false;
value=std::move(data_queue.front());
data_queue.pop();
return true;
}
std::shared_ptr<T> try_pop()
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
if(data_queue.empty())
return std::shared_ptr<T>(); // 5
std::shared_ptr<T> res(
std::make_shared<T>(std::move(data_queue.front())));
data_queue.pop();
return res;
}
bool empty() const
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
return data_queue.empty();
}
};
除了在push()①中调用data_cond.notify_one()，以及wait_and_pop()②③，6.2中对队列的实现与6.1中对栈的实现类似。两个重载try_pop()除了在队列为空时抛出异常，其他的与6.1中pop()函数完全一样。不同的是，6.1中对值的检索会返回一个bool值，而6.2中当指针指向空值的时候会返回NULL指针⑤，这也是实现栈的一个有效方式。所以，即使排除掉wait_and_pop()函数，之前对栈的分析依旧适用于这里。
wiat_and_pop()函数是等待队列向栈进行输入的一个解决方案；比起持续调用empty()，等待线程调用wait_and_pop()函数和条件变量的方式要好很多。对于data_cond.wait()的调用，直到队列中有一个元素的时候才会返回，所以不用担心会出现一个空队列的情况，且数据会一直被互斥锁保护。因为不变量并未发生变化，所以函数不会增加新的条件竞争或死锁的可能。
异常安全会有一些变化，不止一个线程等待对队列进行推送操作时，只会有一个线程因data_cond.notify_one()而继续工作着。但是，如果这个工作线程在wait_and_pop()中抛出一个异常，例如：构造新的std::shared_ptr<>对象④时抛出异常，那么其他线程则会永世长眠。这种情况是不可接受的，所以调用函数就需要改成data_cond.notify_all()，这个函数将唤醒所有的工作线程，不过当大多线程发现队列依旧是空时，又会耗费很多资源让线程重新进入睡眠状态。第二种替代方案是，有异常抛出的时，让wait_and_pop()函数调用notify_one()，从而让个另一个线程可以去尝试索引存储的值。第三种替代方案是，将std::shared_ptr<>的初始化过程移到push()中，并且存储std::shared_ptr<>实例，而不是直接使用数据的值。将std::shared_ptr<>拷贝到内部std::queue<>中就不会抛出异常了，这样wait_and_pop()又是安全的了。下面的程序清单，就是根据第三种方案进行修改的。
对这一段时，不太明白红色字部分，为什么wait_and_pop()中抛出异常会导致其他线程永世长眠？
我自己尝试过在wait_and_pop()中手动抛出一个异常，其他线程并没有出现文章描述的永世长眠。请各位解答一下，怎么样才能出现文章描述的情况。
