生产者消费者模型解析-优快云博客

生产者消费者模型是一个多线程同步问题的经典案例。
这里写图片描述
从上图简单来看A,B,C为生产者D,E为消费者，生产者呢把数据放入缓冲区，而消费者呢从缓冲区拿走数据。生产者与生产者，消费者与消费者之间呢是互斥的，生产者与消费者呢又是同步的。
简单分析下生产者消费者模型的好处：
生产者与消费者两个‘’种族‘’间的耦合度降低，也就是说生产者是否生产取决于缓存是否满，消费者消费取决于缓存是否空。大家呢是独立的，生产者呢不必每次生产豆看消费者是否消费，消费者每次消费不必等待生产者是否生产结束。大家的运行都取决于缓存这个中间媒介。

下面就简单来看下生产者消费者模型的具体实现。
1.信号量配合互斥锁实现
先简单的认识下信号量，我们对信号量有两种操作，wait(等待)和release(释放)，当一个线程调用wait操作时，它要么得到资源然后将信号量减1，要么一直阻塞下去，直到信号量大于等于1是，也就是消费者想要消费必须有资源，不能透支，release(释放)对信号量加1。二者对应的操作如下。

int sem_wait(sem_t * sem);
int sem_post(sem_t * sem);

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#include<stdlib.h>

#define MAX 6

pthread_mutex_t mutex;
int nready;
sem_t full;  //放入数据的个数
sem_t empty; //有多少剩余空间

void* produce( void* arg )
{
    int i = *(int*)arg;
    while( 1 )
    {
        sem_wait(&empty);  //需要有足够的空间
        pthread_mutex_lock(&mutex); 

        printf("process %d is begin produce\n",i);
        sleep(2);
        nready++;
        printf("process %d is end produce nready(%d)\n",i,nready);

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&full);  //将放入数据个数+1
        sleep(3);
    }
}

void* custom( void* arg )
{
    int i = *(int*)arg;
    while( 1 )
    {
        sem_wait(&full);  //要有数据
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        printf("process %d is begin custom\n",i);
        sleep(1);
        --nready;
        printf("process %d is end custom nready(%d)\n",i,nready);

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&empty); //让空间+1
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    sem_init(&full,0,0);
    sem_init(&empty,0,MAX);

    pthread_t prs[2];
    pthread_t cus[3];

    int i;
    for( i=0; i<2; i++ )
    {
        int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
        *p = i;
        pthread_create(&prs[i],NULL,produce,(void*)p);
    }
    for( i=0; i<3; i++ )
    {
        int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
        *p = i;
        pthread_create(&cus[i],NULL,custom,(void*)p);
    }

    for( i=0; i<3; i++ )
        pthread_join(prs[i],NULL);
    for( i=0; i<2; i++ )
        pthread_join(cus[i],NULL);


    pthread_mutex_destroy(&mutex);
}

试想一下，如果把sem_wait()和sem_post()放到pthread_mutex_lock()pthread_mutex_unlock()之间会如何呢？
答案是死锁，因为我们不能预知线程进入共享区顺序，如果消费者线程先对mutex加锁，并进入，sem_wait()发现队列为空，阻塞，而生产者在对mutex加锁时，发现已上锁也阻塞，双方永远无法唤醒对方。

2.条件变量加互斥锁`

pthread_mutex_lock(&mutex);

while( 条件为假 ) //担心wait被信号打断
pthread_cond_wait( &cond,&mutex );
修改条件
pthread_mutex_unclock(&mutex);

让条件满足的代码
pthread_mutex_lock(&mutex);
将条件设置成真
pthread_cond_signal( &cond );
//signal发送信息，如果没有wait，就会丢失。
pthread_mutex_unclock(&mutex);

为什么信号量在互斥区外，而条件变量在互斥区内呢？

因为互斥锁本质上是二元信号量，和信号量互斥的原理相同，而且放在互斥区会死锁，而条件变量是和互斥锁协同配合的。