C中生产者-消费者的线程安全环形缓冲区答案

【问题标题】：Thread-safe ring buffer for producers-consumer in CC中生产者-消费者的线程安全环形缓冲区
【发布时间】：2012-08-28 14:40:06
【问题描述】：

在 C 中，我有几个线程产生 long 值，一个线程消耗它们。因此，我需要一个以与Wikipedia implementation 类似的方式实现的固定大小的缓冲区，以及以线程安全方式访问它的方法。

在一般层面上，应满足以下条件：

当添加到一个完整的缓冲区时，线程应该被阻塞（不会覆盖旧值）。
消费者线程应该被阻塞，直到缓冲区满 - 它的工作有很高的固定成本，应该做尽可能多的工作。（这是否需要双缓冲解决方案？）

我想使用一个尝试过的实现，最好来自一个库。有什么想法吗？

动机和解释：

我正在编写处理删除global references 在堆对象中保留为tags 的JNI 代码。

当ObjectFree JVMTI 事件发生时，我得到一个long 标记，表示我需要使用DeleteGlobalRef 释放的全局引用。为此，我需要一个 JNIEnv 参考 - 获得它真的成本很高，所以我想缓冲请求并一次删除尽可能多的请求。

可能有很多线程接收ObjectFree事件，并且会有一个线程（我的）做引用删除。

【问题讨论】：

标签： c data-structures buffer

【解决方案1】：

您可以使用单个缓冲区，在访问时使用互斥锁。您需要跟踪使用了多少元素。对于“信号”，您可以使用条件变量。生产者线程在将数据放入队列时触发的一种；这会释放消费者线程来处理队列，直到为空。另一个由消费者线程在清空队列时触发；这向任何阻塞的生产者线程发出信号以填充队列。对于消费者来说，我建议在释放锁之前尽可能地锁定队列并取出（避免过多的锁），特别是因为出队操作简单快速。

更新
一些有用的链接：
* Wikipedia explanation
* POSIX Threads
* MSDN

【讨论】：

【解决方案2】：

两种可能：

a) malloc() 一个 *Buffer 结构，带有一个数组来保存一些 long 和一个索引 - 不需要锁定。让每个生产者线程 malloc 自己的 *Buffer 并开始加载它。当生产者线程填充最后一个数组位置时，将 *Buffer 排队到生产者-消费者队列中的消费者线程，并立即 malloc() 一个新的 *Buffer。消费者获取 *Buffers 并处理它们，然后释放它们，（或将它们排在其他地方，或将它们推回池中以供生产者重用）。这避免了缓冲区本身的任何锁定，只留下 P-C 队列上的锁定。问题是，仅偶尔生成其 long 的生产者将不会处理他们的数据，直到他们的 *Buffer 被填满，这可能需要一些时间，（在这样的线程中，你可以在数组满之前推出 Buffer。

b) 声明一个带有数组的 Buffer 结构来保存一些 long 和一个索引。使用 mutex/futex/CS 锁进行保护。 malloc() 只是一个共享的 *Buffer 并让所有线程获得锁，推动它们的长并释放锁。如果一个线程推入最后一个数组位置，则将 *Buffer 排队到生产者-消费者队列上的消费者线程，立即 malloc 一个新的 *Buffer 然后释放锁。消费者获取 *Buffers 并处理它们，然后释放它们，（或将它们排在其他地方，或将它们推回池中以供生产者重复使用）。

【讨论】：

您好，谢谢，不幸的是，我的 C 语言还不够好，无法知道您的答案是否真的适用于 C - 它似乎适用于 C++。你能澄清一下吗？
哎呀！！！！！！！！！将在编辑中用 'struct' 代替 'class'、'malloc()' 代替 'new'、'free()' 和 delete()。我的坏:((

【解决方案3】：

您可能需要考虑条件。看看这段消费者代码：

while( load == 0 )
    pthread_cond_wait( &notEmpty, &mutex );

它的作用是检查负载（存储列表中元素数量的位置）是否为零，如果为零，它将等到生产者生成新项目并将其放入列表中.
您应该为生产者实现相同的条件（当它想要将项目放入完整列表时）

【讨论】：