生产者和消费者

先分析生产者消费者模型描述的问题，然后根据题目给出的具体场景，实现代码。

生产者消费者模型描述：
生产者/消费者问题可以描述为：两个或者更多的进程（线程）共享同一个缓冲区，其中一个或多个进程（线程）作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另一个或者多个进程（线程）作为“消费者”从缓冲区中取走数据。生产者/消费者模型关注的是以下几点：
 生产者和消费者必须互斥的使用缓冲区
 缓冲区空时，消费者不能读取数据
 缓冲区满时，生产者不能添加数据
生产者/消费者模型的优点在于：
1） 解耦：因为多了一个缓冲区，所以生产者和消费者并不直接相互调用，这样生产者和消费者的代码发生变化，都不会对对方产生影响。这样其实就是把生产者和消费者之间的强耦合解开，变成了生产者和缓冲区，消费者和缓冲区之间的弱耦合。
2） 支持并发：如果消费者直接从生产者拿数据，则消费者需要等待生产者生产数据，同样生产者需要等待消费者消费数据。而有了生产者/消费者模型，生产者和消费者可以是两个独立的并发主体。生产者把制造出来的数据添加到缓冲区，就可以再去生产下一个数据了。而消费者也是一样的，从缓冲区中读取数据，不需要等待生产者。这样，生产者和消费者就可以并发的执行。
3） 支持忙闲不均：如果消费者直接从生产者这里拿数据，而生产者生产数据很慢，消费者消费数据很快，或者生产者生产数据很多，消费者消费数据很慢。都会造成占用CPU的时间片白白浪费。生产者/消费者模型中，生产者只需要将生产的数据添加到缓冲区，缓冲区满了就不生产了。消费者从缓冲区中读取数据，缓冲区空了就不消费了，使得生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平衡。

关键注意点：
1） 假设缓冲区的大小为n(也就是存储单元的个数)，它可以被生产者和消费者循环使用。
2） 分别设置两个指针in和out，指向生产者将存放数据的存储单元和消费者将取数据的存储单元，如下图。
3） 生产者不能向满缓冲区写数据，消费者不能在空缓冲区中取数据，即必须对生产者和消费者进行同步。另外，如果不进行同步控制，生产者和消费者可能同时进入缓冲区，甚至可能同时读写一个存储单元，将导致执行结果不确定。

生产者执行流程：

消费者执行流程：

使用信号量同步的过程如下：

具体问题场景描述：
假设有一个int型数组 ，有n=10 个元素。现在视该数组为缓冲区，创建三个线程作为生产者，随机几秒向缓冲区写入数据，再创建两个线程作为消费者，每隔几秒从缓冲区取数据并打印。 这个过程一直循环。 (随机函数可使用m = rand(), 每操作一次缓存区，适当可以等待若干秒，如使用sleep()，以便以观察结果，不使用也可以。)
请编写代码实现。

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<sys/sem.h>
#include<semaphore.h>

#define SIZE 10

//这里做个循环队列
Typedef struct Array
{
int *data;
int in;
int out;
}Array;

sem_t s;
sem_t n;
sem_t e;

void *Producer1(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&e);
sem_wait(&s);

    Array *arr = (Array *)arg;
    (*arr).data[(*arr).in] = rand() % 100;
    (*arr).in = ((*arr).in+1)%SIZE;

    sem_post(&s);
    sem_post(&n);

    sleep(2);
}

}

void *Producer2(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&e);
sem_wait(&s);

    Array *arr = (Array *)arg;
    (*arr).data[(*arr).in] = rand() % 100;
    (*arr).in = ((*arr).in+1)%SIZE;

    sem_post(&s);
    sem_post(&n);

    sleep(2);
}

}

void *Producer3(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&e);
sem_wait(&s);

    Array *arr = (Array *)arg;
    (*arr).data[(*arr).in] = rand() % 100;
    (*arr).in = ((*arr).in+1)%SIZE;

    sem_post(&s);
    sem_post(&n);

    sleep(2);
}

}

void *Consumer1(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&n);
sem_wait(&s);

    Array *arr = (Array *)arg;
    printf("%d ",(*arr).data[(*arr).out]);
    fflush(stdout);
    (*arr).out = ((*arr).out+1)%SIZE;

    sem_post(&s);
    sem_post(&e);

    sleep(2);
}

}

void *Consumer2(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&n);
sem_wait(&s);

    Array *arr = (Array *)arg;
    printf("%d ",(*arr).data[(*arr).out]);
    fflush(stdout);
    (*arr).out = ((*arr).out+1)%SIZE;

    sem_post(&s);
    sem_post(&e);

    sleep(2);
}

}

int main()
{
Array arr;
arr.data = (int *)malloc(sizeof(int) * SIZE);
arr.in = arr.out = 0;

pthread_t id[5];
pthread_create(&id[0],NULL,Consumer1,(void *)&arr);
pthread_create(&id[1],NULL,Consumer2,(void *)&arr);
pthread_create(&id[2],NULL,Producer1,(void *)&arr);
pthread_create(&id[3],NULL,Producer2,(void *)&arr);
pthread_create(&id[4],NULL,Producer3,(void *)&arr);

sem_init(&s,0,1);
sem_init(&n,0,0);
sem_init(&e,0,SIZE);

int i = 0;
for(;i < 5 ;i++)
{
    pthread_join(id[i],NULL);
}

sem_destroy(&s);
sem_destroy(&n);
sem_destroy(&e);

free(arr.data);

exit(0);

}