C++11多线程生产者消费者模型竞态条件修复问题求助

问题根源 #

该实现存在三个核心错误：

1. 共享变量done的修改未加锁保护，属于跨线程无锁读写的未定义行为
2. 消费者外层循环判断逻辑错误：当生产者将done设为true后，消费者直接跳出外层循环，未处理队列中剩余的未消费元素
3. 条件变量wait未加谓词判断，可能出现虚假唤醒导致逻辑异常

修复后的完整代码 #

#include <iostream>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <queue>
using namespace std;

int main() {
    int c = 0;
    bool done = false;
    queue<int> goods;
    mutex mtx;  
    condition_variable cond_var;

    // 生产者线程
    thread producer([&]() {
        for (int i = 0; i < 500; ++i) {
            unique_lock<mutex> lock(mtx);   
            goods.push(i);
            c++;
            lock.unlock();
            cond_var.notify_one();
        }
        // 修改共享变量done必须加锁保护
        unique_lock<mutex> lock(mtx);
        done = true;
        lock.unlock();
        cond_var.notify_one();
    });

    // 消费者线程
    thread consumer([&]() {
        unique_lock<mutex> lock(mtx);
        // 循环条件调整：只要生产未结束、或队列还有未消费元素就继续运行
        while (!done || !goods.empty()) {
            // 只有队列为空时才进入等待，避免跳过未处理元素
            if (goods.empty()) {
                // wait加谓词自动过滤虚假唤醒，保证醒来时要么生产结束、要么队列有元素可处理
                cond_var.wait(lock, [&](){ return done || !goods.empty(); });
            }
            // 批量处理队列中所有可用元素
            while (!goods.empty()) {
                goods.pop();
                c--;
            }
        }
    });

    producer.join();
    consumer.join();
    cout << "Net: " << c << endl;
    return 0;
}

核心修复点说明 #

1. 所有对共享变量done、goods队列、计数器c的读写操作都放在互斥锁的保护范围内，彻底消除竞态条件
2. 调整消费者外层循环判断逻辑，保证生产者标记生产结束后，消费者依然会处理完队列中剩余的所有元素
3. 优化条件变量等待逻辑，只有队列为空时才调用等待接口，同时通过谓词判断规避虚假唤醒问题，保证逻辑可靠性

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pepe1