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【记录】C++生产者 / 消费者案例

news 2025/7/26 7:49:02

一、实现流程

1. 定义线程安全的队列结构

需要封装std::queue，用std::mutex保证互斥访问，用std::condition_variable触发唤醒：

#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <opencv2/opencv.hpp>  // 假设用OpenCV存储图像// 线程安全的图像队列
class ImageQueue {
private:std::queue<cv::Mat> queue_;       // 存储图像数据std::mutex mtx_;                  // 互斥锁，保护队列操作std::condition_variable cv_;      // 条件变量，用于线程同步bool is_stopped_ = false;         // 退出标志（用于优雅终止线程）public:// 生产者调用：放入图像void push(const cv::Mat& img) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);  // 自动加锁/解锁queue_.push(img);cv_.notify_one();  // 通知等待的消费者（唤醒一个线程）}// 消费者调用：取出图像（无数据时阻塞）bool pop(cv::Mat& img) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);  // 可手动解锁的锁// 等待条件：队列非空 或 线程需终止cv_.wait(lock, [this]{ return !queue_.empty() || is_stopped_; });if (is_stopped_) return false;  // 线程终止，退出img = queue_.front();queue_.pop();return true;}// 终止线程时调用void stop() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);is_stopped_ = true;cv_.notify_all();  // 唤醒所有等待的线程}
};

2. 实现生产者线程（相机采集）

生产者的核心是快速获取图像并放入队列，避免在回调 / 采集函数中做耗时操作：

#include <thread>
#include <相机SDK头文件>  // 替换为实际相机SDKImageQueue img_queue;  // 全局队列（或通过指针传递）
bool is_running = true;// 相机回调函数（生产者的核心逻辑）
void cameraCallback(const CameraImage& raw_img) {if (!is_running) return;// 轻量操作：将原始图像转为OpenCV格式（快速转换，避免复杂计算）cv::Mat img(raw_img.height, raw_img.width, CV_8UC3, raw_img.data);// 放入队列（耗时极短）img_queue.push(img);
}// 启动相机采集线程
void startProducer() {// 初始化相机（根据SDK文档配置）Camera::init();Camera::setCallback(cameraCallback);  // 设置回调Camera::startCapture();  // 开始采集（如30fps）// 保持线程运行（或由SDK内部线程驱动）while (is_running) {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));}Camera::stopCapture();Camera::release();
}

3. 实现消费者线程（图像处理）

消费者从队列中取图并处理，处理速度慢也不会阻塞生产者（队列会暂存数据）：

// 图像处理函数（耗时操作）
void processImage(const cv::Mat& img) {cv::Mat gray;cv::cvtColor(img, gray, cv::COLOR_BGR2GRAY);  // 示例：转灰度cv::GaussianBlur(gray, gray, cv::Size(5,5), 0);  // 高斯模糊// ... 其他耗时操作（如目标检测、特征提取等）
}// 消费者线程
void startConsumer() {cv::Mat img;while (img_queue.pop(img)) {  // 无数据时阻塞，不占用CPUprocessImage(img);  // 处理图像（耗时操作）}
}

4. 主线程控制启动与退出

int main() {// 启动生产者和消费者线程std::thread producer_thread(startProducer);std::thread consumer_thread(startConsumer);// 运行一段时间（或等待用户输入退出）std::cout << "按Enter键退出..." << std::endl;std::cin.get();// 终止流程is_running = false;          // 停止生产者img_queue.stop();            // 通知消费者退出producer_thread.join();      // 等待生产者线程结束consumer_thread.join();      // 等待消费者线程结束return 0;
}

二、关键优势

避免 CPU 空转：消费者无数据时通过cv.wait()进入休眠，不占用 CPU；生产者放入数据后通过cv.notify_one()唤醒，仅在必要时工作。
解耦采集与处理：相机采集（快）和图像处理（慢）独立运行，采集线程不会被处理耗时阻塞，避免丢帧；处理线程也不会因采集速度快而超负荷。

灵活扩展：可根据需求增加多个消费者线程（如 2 个处理线程并行处理队列数据），充分利用多核 CPU：

// 启动多个消费者线程
std::vector<std::thread> consumers;
for (int i = 0; i < 2; ++i) {consumers.emplace_back(startConsumer);
}

三、注意事项

队列长度控制：若处理速度长期慢于采集速度，队列会无限增长导致内存溢出。可在push时增加限制：

void push(const cv::Mat& img) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);if (queue_.size() > 10) {  // 限制最大缓存10帧queue_.pop();  // 丢弃最旧的帧}queue_.push(img);cv_.notify_one();
}