自定义Linux并发队列优化：分离读写锁

在Linux环境中，编写并发队列类是一种常见的任务，尤其是在处理多线程编程时，队列作为数据结构在并发场景下扮演了关键角色。本文档介绍了如何设计和实现一个自定义的并发队列，基于C++模板，利用`<pthread>`库来管理线程同步。 首先，我们有一个基础版本的`Queue`类，它使用一个全局互斥锁 `_lock` 来确保在添加(`push`)和删除(`pop`)队列元素时的原子性。当线程尝试插入数据时，调用`pthread_mutex_lock()`锁定锁，完成操作后通过`pthread_mutex_unlock()`释放。同样，当线程试图从队列中移除元素时，也需要获取锁。这种实现简单，但存在潜在性能问题：当读取操作远多于写入操作时，多个读取线程会频繁争抢同一把锁，导致写入操作的性能下降。 为了解决这个问题，我们引入了两个互斥锁 `_rlock`（读锁）和 `_wlock`（写锁）。这样，读取操作使用读锁，而写入操作使用写锁。具体修改后的`Queue`类如下： ```cpp template<typename T> class Queue { public: Queue() { pthread_mutex_init(&_rlock, NULL); pthread_mutex_init(&_wlock, NULL); } ~Queue() { pthread_mutex_destroy(&_rlock); pthread_mutex_destroy(&_wlock); } void push(const T& data) { pthread_mutex_lock(&_wlock); _list.push_back(data); pthread_mutex_unlock(&_wlock); } T pop() { if (_list.empty()) { throw "element not found"; } pthread_mutex_lock(&_rlock); T temp = _list.front(); _list.pop_front(); pthread_mutex_unlock(&_rlock); return temp; } private: list<T> _list; pthread_mutex_t _rlock; // 读锁 pthread_mutex_t _wlock; // 写锁 }; ``` 这个修改后的`Queue`类通过使用两个互斥锁实现了读写分离，提高了并发性能。当读取操作多时，读锁允许多个线程同时访问队列，而写入操作则在写锁的保护下进行，避免了竞争条件。这种优化策略有助于在高并发环境下提升程序的吞吐量和响应速度，减少锁的竞争和等待时间。然而，这也意味着在并发复杂度更高的场景下，需要根据实际情况调整锁的粒度，以平衡性能和资源消耗。