Linux之生产者与消费者模型

今天讲下Linux里一个很重要的概念 “生产者与消费者模型” ：

1.生产者与消费者模型的概念

生产者于消费者模型其实很常用，因为在实际开发中经常会遇到这种情况就是，一个模块负责生产
数据，而另一个模块负责处理数据，在这里就可以认为这个生产数据的模块就充当了生产者的角色
而这个处理数据的模块就充当了消费者的角色，而生产者生产的数据需要一个地方存储，就可以
是一个仓库，这个仓库是练习生产者与消费者的中介。

关系图如下：

过程就是生产者将生产的数据放到仓库中，消费者要的时候就从里面取，仓库就可以先理解是一个缓冲区，不是真正意义上的仓库！

2.了解生产者与消费者模型一定要记住下面三点

1）一个场所

一个场所指的就是这个仓库，仓库可以用来存数据也可以取数据

2）两个角色

两个角色就指的是生产者与消费者
生产者生产数据放到仓库中
消费者从仓库中取数据

3）三种关系

生产者与生产者的互斥关系
解释：两个生产者不能同时生产一个数据
消费者与消费者的互斥关系
解释：两个消费者不能同时消费一个数据
生产者与消费者的同步与互斥关系
解释：生产者生产的时候消费者不能消费（互斥）
生产者生产数据后消费者消费（同步）

同步互斥概念请看我的另一篇博文：
https://blog.youkuaiyun.com/Python_programer/article/details/90248090

3.生产者与消费者模型的功能

1）解耦和

如果没有生产者与消费者模型的话，生产者就只能靠调用某个函数和消费者练习，那么生产者
与消费者之间就会产生依赖（耦合），但是如果消费者的代码改变后，那么就会影响到生产者
的耦合性（依赖），所以使用生产者与消费者模型后，二者之间就没有那种直接的依赖关系，
而是靠一个缓冲区（仓库）联系起来，相对变得独立（解耦）。

2）支持忙闲不均

如果是生产者调用消费者的某个方法，那么很可能出现方法还没调用完毕，生产者就只能等待
这样效率大大降低，但是使用生产者与消费者模型后就不会出现这种情况，消费者并不关心消
费者的情况，而是关注缓冲区是否有数据，生产者只需要生产数据放到缓冲区内，不需要关系消费者什么时候取走。

3）支持并发

当生产者生产数据快的话，他不需要担心消费者什么时候取走，只需要放到缓冲区内，只关注缓冲区数据满了没有，而消费者如果生产的慢的话，不要担心，消费者还可以从缓冲区内取已经生产好的数据，多个生产者，消费者可以同时进行操作。

队列实现生产者与消费者模型：

实现代码

  1 #include<iostream>
  2 #include<queue>
  3 #include<pthread.h>
  4 
  5 //手撕生产者与消费者模型
  6 //一个场景，三种关系，两个角色
  7 //场景：线程安全队列
  8 //生产者向队列里放数据，消费者从里面取数据
  9 
 10 class BlockQueue
 11 {
 12     public:
 13     BlockQueue(int cap = 10):capacity(cap){
 14         pthread_cond_init(&productor,NULL);
 15         pthread_cond_init(&customor,NULL);
 16         pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
 17     }
 18     ~BlockQueue(){
 19         pthread_cond_destroy(&productor);
 20         pthread_cond_destroy(&customor);
 21         pthread_mutex_destroy(&mutex);
 22     }
 23     bool QueuePush(int data){   //生产者向队列里放数据，设计临界资源访问首先得加锁
 24         QueueLock(); 
 25         while(QueueIsFull()){  //如果满了的话，生产者等待，这里必须用while，如果用if的话，他会等待，但是等待后依旧会往下走所以是不正确的
 26             ProductorWait();
 27         }
 28         queue.push(data);     //否则放入数据
 29         CustomorWakeUp();     //唤醒消费者
 30         QueueUnLock();        //临界资源访问完后解锁
 31         return true;
 32     }
 33     bool QueuePop(int* data){    //消费者从队列里取数据
 34         QueueLock();
 35         while(QueueIsEmpty()){
 36             CustomorWait();
 37         }
 38         *data = queue.front();
 39         queue.pop();
 40         ProductorWakeUp();
 41         QueueUnLock();
 42         return true;
 43     }
 44     private:
 45     void QueueLock(){
 46         pthread_mutex_lock(&mutex);
 47     }
 48     void QueueUnLock(){
 49         pthread_mutex_unlock(&mutex);
 50     }
 51     void CustomorWait(){
 52         pthread_cond_wait(&customor,&mutex);
 53     }
 54     void CustomorWakeUp(){
 55         pthread_cond_signal(&customor);
 56     }
 57     void ProductorWait(){
 58         pthread_cond_wait(&productor,&mutex);
 59     }
 60     void ProductorWakeUp(){
 61         pthread_cond_signal(&productor);
 62     }
 63     bool QueueIsFull(){
 64         return (queue.size()==capacity);
 65     }
 66     bool QueueIsEmpty(){
 67         return queue.empty();
 68     }
 69     private:
 70     std::queue<int> queue;
 71     int capacity;
 72     pthread_mutex_t mutex;
 73     pthread_cond_t productor;
 74     pthread_cond_t customor;
 75 };
 76 
 77 void* pth_customor(void* arg)   //消费者线程创建入口函数
 78 {
 79     BlockQueue *q = (BlockQueue*) arg;
 80     while(1)
 81     {
 82         int data;
 83         q->QueuePop(&data);
 84         std::cout<<"customor get data"<<data<<std::endl;
 85     }
 86     return NULL;
 87 }
 88 
 89 void* pth_productor(void* arg)     //生产者线程创建入口函数
 90 {
 91     BlockQueue *q = (BlockQueue*) arg;
 92     int i=0;
 93     while(1)
 94     {
 95         std::cout<<"productor put data"<<i<<std::endl;
 96         q->QueuePush(i++);
 97     }
98     return NULL;
 99 }
100 
101 int main()
102 {
103     pthread_t ctid[3],ptid[3];
104     BlockQueue q;
105     int ret;
106     for(int i = 0;i<3;i++)
107     {
108         ret = pthread_create(&ctid[i],NULL,pth_customor,(void*)&q);
109         if(ret!=0){
110             std::cout<< "customor not exist!\n" <<std::endl;
111         }
112     }
113     for(int i = 0;i<3;i++)
114     {
115         ret = pthread_create(&ptid[i],NULL,pth_productor,(void*)&q);
116         if(ret!=0){
117             std::cout<< "productor not exist!\n" <<std::endl;
118         }
119     }
120     for(int i = 0;i<3;i++){              //线程等待
121         pthread_join(ctid[i],NULL);
122     }
123     for(int i = 0;i<3;i++){
124         pthread_join(ptid[i],NULL);
125     }
126     return 0;
127 }