C++11实现生产者消费者模型_c++11 生产者消费者模型-优快云博客

C++11实现生产者消费者模型

生产者消费者模型是什么
简单地举个例子，一个线程（或者进程）在往一个区域（可以使内存或其他地方）写数据，而同时有另外一个线程在取数据，这就存在了一个问题，存储的区域有限，数据存满了写数据的线程怎么办，还有数据空了，取数据的线程怎么处理，这时候就需要该模型来处理了。
原理
存储的数据的区域可以用一个队列来模拟，然后我们通过C++11提供的条件变量来通知写入线程在数据不满的时候进行写入，在数据满的时候挂起，对读取线程也是同理。
需要C++11前置知识
此次需要用到std::mutex互斥锁，用来防止写入与读取线程竞争数据区域。搭配使用std::unique_lock，利用RAII来控制锁释放，也是因为条件变量的存在需要该类型。
当然还需要最重要的一个std::condition_variable，条件变量。介绍一下几个重要的函数。
wait()成员函数

void wait( std::unique_lock<std::mutex>& lock );
//Predicate 谓词函数，可以普通函数或者lambda表达式
template< class Predicate >
void wait( std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred );

wait函数会阻塞当前线程直到条件变量被通知，或者被操作系统虚假唤醒（系统Bug），可选地循环知道满足某谓词

notify成员函数

void notify_one() noexcept;
若任何线程在 *this 上等待，则调用 notify_one 会解阻塞(唤醒)等待线程之一。

void notify_all() noexcept;
若任何线程在 *this 上等待，则解阻塞（唤醒)全部等待线程。

实现代码

#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <deque>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <thread>

std::mutex g_mtxDegue;
std::mutex g_mtxCout;
std::condition_variable g_cv_not_empty;
std::condition_variable g_cv_not_full;
std::deque<int> g_deque;
int g_itemIndex = 0;

const int g_kItemSize = 30;
const int g_kDequeSize = 10;

void produceItem()
{
	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
	std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mtxDegue);
	g_cv_not_full.wait(lock, []() { return g_deque.size() < g_kDequeSize; });

	++g_itemIndex;
	g_deque.push_back(g_itemIndex);
	{
		std::lock_guard<std::mutex> lock_guard(g_mtxCout);
		std::cout << "produce item " << g_itemIndex << std::endl;
	}
	lock.unlock();
	g_cv_not_empty.notify_all();
}

void consumeItem()
{
	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
	std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mtxDegue);
	g_cv_not_empty.wait(lock, []() { return !g_deque.empty(); });

	int itemIndex = g_deque.front();
	g_deque.pop_front();
	{
		std::lock_guard<std::mutex> lock_guard(g_mtxCout);
		std::cout << "\tconsume item " << itemIndex << std::endl;
	}
	lock.unlock();
	g_cv_not_full.notify_one();
}

void produceTask()
{
	int count = g_kItemSize;
	while (count--)
	{
		produceItem();
	}
}

void consumeTask()
{
	int count = g_kItemSize;
	while (count--)
	{
		consumeItem();
	}
}

//单生产者单消费者模型
void consumeProduceTest()
{
	std::vector<std::thread> threads;
	threads.push_back(std::thread(produceTask));
	threads.push_back(std::thread(consumeTask));
	for (int i = 0; i < 2; i++)
		threads.at(i).join();
}