面试题：复杂网络环境下C++多线程编程的可靠性与容错

设计架构

主线程：负责初始化网络环境、创建其他线程，并且监控整个系统的状态，如检测网络中断并发起重连操作。
接收线程：专门负责从网络套接字接收数据。将接收到的数据放入一个线程安全的队列中。
发送线程：从另一个线程安全队列获取待发送的数据，并通过网络套接字发送出去。
数据处理线程：从接收队列取出数据进行处理，处理完后将需要发送的响应数据放入发送队列。

关键算法

线程安全队列：使用互斥锁（std::mutex）和条件变量（std::condition_variable）实现线程安全的队列。当队列空时，接收线程等待条件变量通知；当队列满时，发送线程等待条件变量通知。例如：

template<typename T>
class ThreadSafeQueue {
private:
    std::queue<T> queue_;
    std::mutex mutex_;
    std::condition_variable cond_;
public:
    void push(T item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        queue_.push(std::move(item));
        lock.unlock();
        cond_.notify_one();
    }
    bool pop(T& item) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        cond_.wait(lock, [this] { return!queue_.empty(); });
        if (queue_.empty()) return false;
        item = std::move(queue_.front());
        queue_.pop();
        return true;
    }
};

网络重连机制：在主线程中定期检测网络连接状态（如通过ping操作或者尝试发送心跳包）。当检测到网络中断时，关闭现有套接字，等待一段时间后尝试重新连接。可以使用指数退避算法来控制重连间隔，避免短时间内频繁重连耗尽资源。例如：

int reconnect_delay = 1; // 初始重连延迟1秒
while (!is_connected()) {
    try {
        // 尝试重连
        connect_socket();
        is_connected = true;
    } catch(...) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(reconnect_delay));
        reconnect_delay = std::min(32, reconnect_delay * 2); // 指数退避
    }
}

数据一致性保证：在发送端，为每个发送的数据块添加序列号。接收端维护一个已接收序列号的记录，丢弃重复的数据包。对于乱序到达的数据包，缓存起来，等待缺失的数据包到达后再按序处理。在网络中断恢复后，发送端重新发送未确认的数据块，接收端根据序列号判断哪些数据已接收，哪些需要重新接收，从而保证数据一致性。

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