多线程编程之生产者消费者问题

　　生产者-消费者问题（Producer-consumer problem），也称作有限缓冲问题（Bounded-buffer problem），是多线程领域的一个经典问题，可以描述为：两个或者更多个线程共享同一个缓冲区，其中一个或多个作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另外的一个或者多个作为“消费者”从缓冲区中取走数据。这个问题的关键在于：要保证缓冲区满了之后“生产者”不能再继续添加数据，而缓冲区空了之后“消费者”不能再取走数据了。

　　这个问题在多个“生产者”和“消费者”的情况下肯定要麻烦一点，所以先看一下只有一个“生产者”和一个“消费者”以及一个元素缓冲区的情况。这时候情况可以简化为：

1. 从缓冲区中取走数据和向缓冲区中添加数据需要互斥操作保持同步，所以，这里需要用临界区或者互斥量来实现；
2. 生产者要等待缓冲区“有空间”（由于这里缓冲区只有一个元素，所以等价于要等待缓冲区为空）才能添加数据，同样消费者也不能在缓冲区为空的时候取数据。这两个过程都需要事件或者信号量来通知进行。

　　考虑好了上述两点要求，就可以设计出如下思路算法：

/* 针对生产者的算法1： */
{
　　WaitForSingleObject(hEmpty, INFINITE);
　　WaitForSingleObject(hMutex, INIFINITE);
    　　/* 生产者的活动 */
　　ReleaseMutex(hMutex);
　　ReleaseSemaphore(hFull, 1, NULL);
}

/* 针对消费者的算法1： */
{
　　WaitForSingleObject(hFull, INFINITE);
　　WaitForSingleObject(hMutex, INIFINITE);
    　　/* 消费者的活动 */
　　ReleaseMutex(hMutex);
　　ReleaseSemaphore(hEmpty, 1, NULL);
}

 　　当然，生产者和消费者的互斥操作不用hMutex而改用EnterCriticalSection临界区也是一样的。举一个实例看看如何应用生产者-消费者算法：

typedef struct _MESSAGE_QUEUE    /* 消息队列的数据结构 */
{
    int threadId;
    int msgType[MAX_NUMBER];
    int count;
    HANDLE hFull;
    HANDLE hEmpty;
    HANDLE hMutex;
}MESSAGE_QUEUE;

/* 发送消息，类似于“生产者” */
void send_mseesge(int threadId, MESSAGE_QUEUE* pQueue, int msg)    
{
    assert(NULL != pQueue);
    
    if(threadId != pQueue->threadId)
        return;

    WaitForSingleObject(pQueue->hEmpty, INFINITE);
    WaitForSingleObject(pQueue->hMutex, INFINITE);
    pQueue->msgType[pQueue->count ++] = msg;
    ReleaseMutex(pQueue->hMutex);
    ReleaseSemaphore(pQueue->hFull, 1, NULL);    
}

/* 接收消息，类似于“消费者” */
void get_message(MESSAGE_QUEUE* pQueue, int* msg)
{
    assert(NULL != pQueue && NULL != msg);

    WaitForSingleObject(pQueue->hFull, INFINITE);
    WaitForSingleObject(pQueue->hMutex, INFINITE);
    *msg = pQueue->msgType[pQueue->count --];
    ReleaseMutex(pQueue->hMutex);
    ReleaseSemaphore(pQueue->hEmpty, 1, NULL);   
}

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