单个生产者/消费者循环缓冲区，仅阻塞消费者

Question

我想实现一个具有单个生产者和单个消费者的缓冲区，其中只有消费者可能被阻止。这里的重要细节是，如果队列已满，生产者可以删除更新。

我考虑过转换一个无等待的实现，但乍一看似乎没有简单的方法可以在不丢失通知的情况下通知消费者新数据已到达。所以我选择了下面非常简单的方法，使用计数信号量（为清楚起见，省略了一些错误处理细节）：

Object ar[SIZE];
int head = 0, tail = 0;
sem_t semItems; // initialized to 0

void enqueue(Object o) {
    int val;
    sem_getvalue(&semItems, &val);
    if (val < SIZE - 1) {
        ar[head] = o;
        head = (head + 1) % SIZE;
        sem_post(&semItems);
    }
    else {
       // dropped
    }
}
Object dequeue(void) {
    sem_wait(&semItems);
    Object o = ar[tail];
    tail = (tail + 1) % SIZE;
    return o;
}

此代码是否存在任何安全问题？我很惊讶在流行文献中没有看到类似的实现。另一个问题是sem_post() 是否会阻塞（在 linux 的后台调用futex_wake()）。当然也欢迎更简单的解决方案。

编辑：编辑代码以在读者和作者之间留出空间（参见 Mayurk 的回复）。

Answer 1

我可以在这个实现中看到一个问题。考虑以下顺序。

1. 假设缓冲区已满，但尚未启动消费者。所以（head=0，tail=0，sem_val=SIZE）。
2. dequeue() 从消费者线程调用。 sem_wait() 成功。所以就在那个实例（head=0，tail=0，sem_val=SIZE-1）。消费者开始阅读 ar[0]。
3. 现在有一个线程切换。 enqueue() 从生产者线程调用。 sem_getvalue() 将返回 SIZE-1。所以生产者写在 ar[0]。

基本上我认为您需要对读写操作进行互斥保护。但是添加互斥锁可能会阻塞线程。所以我不确定你是否会从这个逻辑中得到预期的行为。