使用带锁的多线程来实现文件的拷贝

本文介绍了一种使用带锁的多线程技术进行文件拷贝的方法,通过一个线程读取文件,另一个线程写入文件,有效地提高了文件拷贝的效率。文章详细阐述了如何使用Lock和Condition来协调线程之间的读写操作,避免了数据竞争和死锁的问题。

使用带锁的多线程来实现文件的拷贝
一个线程读,一个线程写
使用Lock

设计逻辑

需要两个线程类实现Runnable接口
需一个功能类完成读和写的方法
使用构造方法传参

功能类

public class ThreadCopy {
	BufferedReader reader;
	BufferedWriter writer;
	boolean isRead=true;
	
	final Lock lock=new ReentrantLock();
	final Condition readCondition=lock.newCondition();
	final Condition writeCondition=lock.newCondition();
	public String hangString="";
	
	public ThreadCopy(BufferedReader reader, BufferedWriter writer) {
		super();
		this.reader = reader;
		this.writer = writer;
	}
	
	//读
	public void readHang() {
		System.out.println("=====读一行====");
		lock.lock();
		try {
			while (!isRead) {
				try {
					readCondition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			
			try {
				hangString=reader.readLine();
				Thread.sleep(1000);
			} catch (Exception e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			isRead=!isRead;
			writeCondition.signal();//唤醒对方
		} finally {
			lock.unlock();// TODO: handle finally clause
		}
	}
	//写
	public void writeHang() {
		lock.lock();
		
		try {
			while (isRead) {
				try {
					writeCondition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			try {
				writer.write(hangString);
				writer.newLine();
				writer.flush();
			} catch (IOException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			isRead=!isRead;
			readCondition.signal();
		} finally {
			lock.unlock();// TODO: handle finally clause
		}
	}
}	

线程类

public class Readxc implements Runnable {
	ThreadCopy threadCopy;

	public Readxc(ThreadCopy threadCopy) {
		super();
		this.threadCopy = threadCopy;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		while (threadCopy.hangString!=null) {
			threadCopy.readHang();
		}
		
	}
	
}
public class Writexc implements Runnable {
	ThreadCopy threadCopy;

	public Writexc(ThreadCopy threadCopy) {
		super();
		this.threadCopy = threadCopy;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		while (threadCopy.hangString!=null) {
			threadCopy.writeHang();
		}
	}
	
}

测试类

public class Testio {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// TODO Auto-generated method stub
//		使用带锁的多线程来实现文件的拷贝
//		
//		一个线程读,一个线程写
//		
//		使用Lock
		BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader("D:\\1906\\JAVA1906\\day34\\gbk.txt"));
		BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter("D:\\1906\\JAVA1906\\day34\\gbk1copy.txt"));

		ThreadCopy threadCopy = new ThreadCopy(bufferedReader, bufferedWriter);
		
		Readxc readxc = new Readxc(threadCopy);
		Writexc writexc = new Writexc(threadCopy);
		
		Thread t1= new Thread(readxc);
		Thread t2= new Thread(writexc);
		t1.start();
		t2.start();
		
	}

}
<think>嗯,用户问的是如何在C++中实现线程安全的队列。我需要先回想一下线程安全的基本概念。线程安全通常涉及到互斥和条件变量的使用,确保多个线程访问共享资源时不会发生数据竞争或条件竞争。 首先,用户可能需要一个队列结构,支持多线程下的安全入队和出队操作。基本的实现应该包括一个std::queue作为底层容器,然后用std::mutex来保护队列的访问。同时,当队列为空时,出队操作可能需要等待,直到有元素被添加进来,这时候就需要用到std::condition_variable。 接着,我需要考虑异常安全的问题。比如,在入队时如果分配内存失败,是否会影响的状态。通常,的管理应该使用RAII方式,比如std::lock_guard或std::unique_lock,确保在异常发生时能被正确释放。 然后,用户可能关心如何优雅地关闭队列,特别是在消费者线程需要退出时。可以添加一个标志位,比如stop_requested,当设置该标志时,通知所有等待的条件变量,让线程能够退出循环。 另外,性能优化也是一个方面。比如,使用std::condition_variable的notify_one或notify_all方法,在适当的时候唤醒等待的线程,避免不必要的唤醒。此外,移动语义或者emplace方法可以减少拷贝开销,提高性能。 用户提供的引用中有一个SimpleTaskQueue类,它使用了线程和任务队列,但似乎没有处理线程安全的问题。因此,在示例代码中需要展示如何将互斥和条件变量集成进去。 可能还需要考虑队列的大小限制,即实现有界队列,防止生产者生产过快导致内存耗尽。这可以通过在push操作中添加等待条件,直到队列大小小于某个阈值。 最后,需要给出一个完整的示例代码,展示如何定义线程安全的队列类,并在生产者和消费者线程中使用它。同时,解释代码中的关键部分,比如的作用域、条件变量的使用,以及如何安全地终止线程。 总结步骤: 1. 定义线程安全队列类,包含队列、互斥、条件变量。 2. 实现push和pop方法,使用保护操作,条件变量进行等待和通知。 3. 添加停止机制,允许优雅退出。 4. 处理异常和资源管理,确保的释放。 5. 提供示例代码,展示生产者和消费者的使用。</think>以下是C++实现线程安全队列的解决方案及示例代码,包含核心实现要点和完整示例: ### 一、线程安全队列实现要点 1. **互斥保护**:使用$std::mutex$保护队列的读写操作 2. **条件变量通知**:通过$std::condition_variable$实现生产者-消费者模式 3. **异常安全**:使用RAII方式管理($std::lock_guard$/$std::unique_lock$) 4. **优雅终止**:设置停止标志位$stop_requested$并通知所有等待线程[^2] ### 二、完整实现示例 ```cpp #include <queue> #include <mutex> #include <condition_variable> #include <memory> template<typename T> class ThreadSafeQueue { public: ThreadSafeQueue() = default; ~ThreadSafeQueue() { stop(); } // 推入数据(支持移动语义) void push(T value) { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); m_queue.push(std::move(value)); m_cond.notify_one(); } // 尝试弹出数据(立即返回) bool try_pop(T& value) { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); if (m_queue.empty() || m_stop_requested) return false; value = std::move(m_queue.front()); m_queue.pop(); return true; } // 阻塞式弹出数据(支持超时) template<typename Duration> bool wait_and_pop(T& value, Duration timeout) { std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex); if (!m_cond.wait_for(lock, timeout, [this]{ return !m_queue.empty() || m_stop_requested; })) return false; if (m_stop_requested) return false; value = std::move(m_queue.front()); m_queue.pop(); return true; } // 停止队列操作 void stop() { { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); m_stop_requested = true; } m_cond.notify_all(); } bool empty() const { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); return m_queue.empty(); } private: mutable std::mutex m_mutex; std::queue<T> m_queue; std::condition_variable m_cond; bool m_stop_requested = false; }; ``` ### 三、代码解析 1. **并发控制**: - 使用$std::mutex$确保队列操作的原子性 - $std::condition_variable$实现高效等待/通知机制 - 通过$std::unique_lock$实现条件变量的等待 2. **接口设计**: - $push()$:支持移动语义减少拷贝开销 - $try_pop()$:非阻塞式访问 - $wait_and_pop()$:支持超时等待 - $stop()$:安全终止所有等待线程 3. **使用示例**: ```cpp // 生产者线程 void producer(ThreadSafeQueue<int>& queue) { for (int i = 0; i < 10; ++i) { queue.push(i); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); } } // 消费者线程 void consumer(ThreadSafeQueue<int>& queue) { int value; while (queue.wait_and_pop(value, std::chrono::seconds(1))) { std::cout << "Received: " << value << std::endl; } } ``` ### 四、优化建议 1. **批量操作**:添加$push_bulk()$接口支持批量插入 2. **容量限制**:添加最大容量限制防止内存耗尽 3. **性能优化**:使用队列结构替代互斥(需配合原子操作) 4. **异常处理**:完善$push()$操作的内存异常处理机制[^1]
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