经典的生产者消费者线程答案

【问题标题】：classical producer consumer threading经典的生产者消费者线程
【发布时间】：2012-06-24 18:32:49
【问题描述】：

在Classical producer consumer problem。当itemCount == BUFFER_SIZE amd 宕机时再次唤醒时，生产者睡觉。但是一旦itemCount 长大，生产者线程就会进入休眠状态。它怎么知道itemCount已经挂了，需要wakeup？

【问题讨论】：

标签： c++ multithreading producer-consumer

【解决方案1】：

在伪代码中，生产者类似于：

void producer_thread()
{
    while(true)
        queue.push( produce() );
}

所以考虑队列推送方法（我在这里使用了 pthreads，但同样的逻辑也适用于其他库）

void SynchronizedQueue::push(Item const &i)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);

    // queue is full, so wait for consumer
    while (queue.size() == BUFFER_SIZE)
        pthread_cond_wait(&condition, &mutex);

    // when we get here, the queue has space
    this->queue.push_back(i);

    // make sure we wake a sleeping consumer
    if (queue.size() == 1)
        pthread_cond_signal(&condition);

    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

以及消费者使用的pop方法：

Item SynchronizedQueue::pop()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);

    // wait for something to do
    while (queue.size() == 0)
        pthread_cond_wait(&condition, &mutex);

    // if we get here, we have some work
    Item tmp = queue.front();

    // make sure we wake a sleeping producer
    if (queue.size() == BUFFER_SIZE)
        pthread_cond_signal(&condition)

    queue.pop_front();
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return tmp;
}

【讨论】：

你是如何定义condition的？
正如 Nawaz 所说，这是条件变量的标准用法。因此，在这段代码中，它将被声明为pthread_cond_t condition。不过，我可以使用 C++11 的 std::condition_variable 和 std::unique_lock 实现完全相同的逻辑；这是您链接的维基百科页面的使用监视器部分中描述的逻辑。

【解决方案2】：

你需要条件变量。

条件变量的典型用法是这样的：

//lock the mutex first!
scoped_lock myLock(myMutex); 

//wait till a condition is met
myConditionalVariable.wait(myLock, CheckCondition);

//Execute this code only if the condition is met

whereCheckCondition 是一个检查条件（例如何时唤醒）的函数（或函子）。它由wait() 函数在内部虚假地 唤醒时调用，如果条件尚未满足，wait() 函数将再次休眠。在睡觉之前，wait()原子地释放了互斥锁。

如果你的编译器支持C++11引入的std::conditional，那么你可以看看这个详细说明：

std::condition_variable (C++11 threads)

如果您的编译器不支持它，而您使用的是 win32 线程，那么请查看：

Condition Variables (Win32 threads)

而here 就是一个完整的例子。

如果您使用 POSIX 线程，请查看：

Condition Variables (POSIX threads)

你可以在这里看到我使用win32原语实现conditional_variable：

Implementation of concurrent blocking queue for producer-consumer

向下滚动，先看它的实现，再看并发队列实现中的用法。

【讨论】：

【解决方案3】：

它不需要知道 - 操作系统会在消费者发出信号时唤醒它。在 P-C 队列代码中，生产者将对某些 OS 同步原语进行 wait() 调用。在消费者线程腾出空间并向操作系统同步对象发出信号之前，此调用不会返回（除非您的故障操作系统“支持”虚假唤醒），此时等待的生产者线程将准备就绪，如果有可用的核心，立即运行 - wait() 调用将返回。

传统上，P-C 队列由一个简单的非线程安全队列、一个用于保护其索引/指针的互斥体和两个信号量构成——一个初始化为 0 以计数队列中的项目，一个初始化为 [队列大小]计算空格。生产者在“emptySpace”上等待，当它收到信号时，锁定互斥体，将对象入队，锁定互斥体并发出“itemCount”信号。消费者等待“itemCount”，当它收到信号时，锁定互斥体，使对象出队，锁定互斥体并发出“emptySpace”信号。

【讨论】：