Создание безопасной для многопоточного использования очереди — задача, требующая внимательного подхода к синхронизации, особенно если вы планируете использовать несколько мьютексов. Давайте рассмотрим ваши идеи и предложим некоторые рекомендации.
### Проблемы с многопоточностью и мьютексами
1. **Использование нескольких мьютексов**: Ваша идея использовать два мьютекса для управления доступом к первым и последним элементам очереди может усложнить реализацию и привести к различным проблемам, таким как взаимные блокировки (deadlock).
2. **Ошибки с разблокировкой неиспользуемого мьютекса**: Это может произойти, если вы пытаетесь разблокировать мьютекс, который не был заблокирован или уже был разблокирован. Важно следить за тем, чтобы каждый `unlock()` вызывался только для того мьютекса, который ранее был успешно заблокирован.
### Рекомендации по реализации многопоточной очереди
1. **Используйте один мьютекс**: Наиболее распространенный подход для реализации многопоточной очереди — использование одного мьютекса для синхронизации доступа к всей структуре данных. Это упростит ваш код и поможет избежать ошибок разблокировки:
```cpp
class ThreadSafeQueue {
public:
void push(const T& value) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); // захват мьютекса
queue_.push_back(value);
}
void pop() {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
if (!queue_.empty()) {
queue_.pop_front();
}
}
bool empty() const {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
return queue_.empty();
}
private:
std::deque<T> queue_;
mutable std::mutex mutex_; // мьютекс для синхронизации
};
```
2. **Используйте условные переменные**: Чтобы избежать ожидания в пустой очереди, можно использовать условные переменные. Это позволяет потокам ожидать, пока в очередь не будут добавлены элементы:
```cpp
class ThreadSafeQueue {
public:
void push(const T& value) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
queue_.push_back(value);
cond_var_.notify_one(); // уведомляем один ожидающий поток
}
void pop(T& value) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
cond_var_.wait(lock, [this] { return !queue_.empty(); }); // ждем, пока очередь не станет непустой
value = queue_.front();
queue_.pop_front();
}
bool empty() const {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
return queue_.empty();
}
private:
std::deque<T> queue_;
mutable std::mutex mutex_;
std::condition_variable cond_var_; // условная переменная для ожиданий
};
```
3. **Профилируйте производительность**: Если вы обнаружите, что ваш код становится узким местом, понаблюдайте за производительностью и попробуйте рассмотреть более сложные структуры данных (например, свободные списки) или другие механизмы синхронизации (например, `std::shared_mutex` или lock-free подходы).
### Заключение
Использование одного мьютекса в сочетании с условными переменными — вполне достаточно для создания безопасной для многопоточного использования очереди. Разделение на несколько мьютексов может привести к усложнению вашей реализации и потенциальным проблемам с синхронизацией, поэтому лучше придерживаться простоты.