重庆分公司
重庆分公司，新征程启航
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生产者与消费者模式（线程的同步与互斥）
死锁产生的四个条件：
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1、互斥使用（资源独占）
一个资源每次只能给一个进程使用
.2、不可强占（不可剥夺）
资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放
.3、请求和保持（部分分配，占有申请）
一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配）
.4、循环等待
存在一个进程等待队列
{P1 , P2 , … , Pn},
其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路
生产者：生产数据
消费者：消费数据
提供场所：缓冲区，eg:超市
生产者消费者特点：三种关系，两类人，一个场所
三种关系指的是：生产者与生产者之间是互斥关系
消费者与消费者之间是互斥关系
生产者与消费者之间是同步与互斥关系
两类人：生产者，消费者
一个场所：存储数据（此处用带头单链表实现）
单生产者单消费者模式：此例取数据方式为LIFO后进先出,所取数据为最后一个生产的数据（也可选择所取数据为最先生产的数据，可自行选择）
互斥锁相关函数：
#include
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);//非阻塞形式获取锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
//1.使用互斥锁实现 #include#include #include typedef int _dataType_; typedef int* _dataType_p_; typedef struct _node { _dataType_ data; struct _node* next; }node,*nodep,**nodepp; nodep head=NULL; pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; nodep buyNode(_dataType_ val) { nodep tmp=(nodep)malloc(sizeof(node)); if(tmp!=NULL) { tmp->data=val; tmp->next=NULL; return tmp; } return NULL; } void init(nodepp head) { *head=buyNode(0); } void push_list(nodep head,_dataType_ val) { nodep tmp=buyNode(val); tmp->next=head->next; head->next=tmp; } int pop_list(nodep head,_dataType_p_ pval) { if(head->next==NULL) return -1; nodep del=head->next; *pval=del->data; head->next=del->next; free(del); return 0; } void* product(void* arg) { _dataType_ i=0; while(1) { sleep(1); pthread_mutex_lock(&mutex); push_list(head,i++); pthread_mutex_unlock(&mutex); } pthread_exit((void*)1); } void* consumer(void* arg) { _dataType_ val=0; while(1) { sleep(1); pthread_mutex_lock(&mutex); if(pop_list(head,&val)==-1) { pthread_mutex_unlock(&mutex); continue; } printf("data:%d\n",val); pthread_mutex_unlock(&mutex); } pthread_exit((void*)1); } int main() { pthread_t tid1,tid2; init(&head); pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL); pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); free(head); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }
//2.使用条件变量实现生产者消费者模式
条件变量：基于互斥锁实现同步与互斥
一个条件变量总是和一个Mutex搭配使用。
一个线程可以调用pthread_cond_wait在一个Condition Variable上阻塞等待,这个函数做以下三步操作:
1. 释放Mutex
2. 阻塞等待
3. 当被唤醒时,重新获得Mutex并返回
条件变量相关函数：
#include
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict abstime);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
pthread_cond_timedwait函数还有一个额外的参数可以设定等待超时,如果到达了abstime所指
定的时刻仍然没有别的线程来唤醒当前线程,就返回ETIMEDOUT。
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
一个线程可以调用pthread_cond_signal唤醒在某个Condition Variable上等待的另一个线程,也可以调用pthread_cond_broadcast唤醒在这个Condition Variable上等待的所有线程。
#include#include #include typedef int _dataType_; typedef int* _dataType_p_; typedef struct _node { _dataType_ data; struct _node* next; }node,*nodep,**nodepp; nodep head=NULL; pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; nodep buyNode(_dataType_ val) { nodep tmp=(nodep)malloc(sizeof(node)); if(tmp!=NULL) { tmp->data=val; tmp->next=NULL; return tmp; } return NULL; } void init(nodepp head) { *head=buyNode(0); } void push_list(nodep head,_dataType_ val) { nodep tmp=buyNode(val); tmp->next=head->next; head->next=tmp; } int pop_list(nodep head,_dataType_p_ pval) { if(head->next==NULL) return -1; nodep del=head->next; *pval=del->data; head->next=del->next; free(del); return 0; } void* product(void* arg) { _dataType_ i=0; while(1) { sleep(1); pthread_mutex_lock(&mutex); push_list(head,i++); pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mutex); } pthread_exit((void*)1); } void* consumer(void* arg) { _dataType_ val=0; while(1) { sleep(1); pthread_mutex_lock(&mutex); if(pop_list(head,&val)==-1) pthread_cond_wait(&cond,&mutex); printf("data:%d\n",val); pthread_mutex_unlock(&mutex); } pthread_exit((void*)1); } int main() { pthread_t tid1,tid2; init(&head); pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL); pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); free(head); pthread_cond_destroy(&cond); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }
//3.使用环形buf存储数据，信号量的使用
信号量相关函数：
信号量(Semaphore)和Mutex类似,表示可用资源的数量,和Mutex不同的是这个数量可以大于1
#include
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_destroy(sem_t *sem);
int sem_wait(sem_t *sem);//类似P操作
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
int sem_post(sem_t *sem);//类似V操作
#include#include #include #define _SEM_PRO_ 20 #define _SEM_COM_ 0 typedef int _dataType_; _dataType_ blank[_SEM_PRO_]; sem_t sem_product; sem_t sem_consumer; void* product(void* arg) { int index=0; int count=0; while(1) { sleep(rand()%5); sem_wait(&sem_product); blank[index++]=count++; sem_post(&sem_consumer); index%=_SEM_PRO_; } pthread_exit((void*)1); } void* consumer(void* arg) { int index=0; while(1) { sem_wait(&sem_consumer); printf("data:%d\n",blank[index++]); sem_post(&sem_product); index%=_SEM_PRO_; } pthread_exit((void*)1); } int main() { pthread_t tid1,tid2; sem_init(&sem_product,0,20); sem_init(&sem_consumer,0,0); pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL); pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); sem_destroy(&sem_product); sem_destroy(&sem_consumer); return 0; }
//4.多生产者，多消费者模式
#include#include #include #define _SEM_PRO_ 20 #define _SEM_COM_ 0 typedef int _dataType_; _dataType_ blank[_SEM_PRO_]; sem_t sem_product; sem_t sem_consumer; pthread_mutex_t mutex_product=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t mutex_consumer=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void* product(void* arg) { int index=0; int count=0; while(1) { sleep(rand()%5); sem_wait(&sem_product); pthread_mutex_lock(&mutex_product); printf("%d thread id doing\n",(int)arg); blank[index++]=count++; index%=_SEM_PRO_; pthread_mutex_unlock(&mutex_product); sem_post(&sem_consumer); } pthread_exit((void*)1); } void* consumer(void* arg) { int index=0; while(1) { sem_wait(&sem_consumer); pthread_mutex_lock(&mutex_consumer); printf("%d thread is consumer,data:%d\n",(int)arg,blank[index++]); index%=_SEM_PRO_; pthread_mutex_unlock(&mutex_consumer); sem_post(&sem_product); } pthread_exit((void*)1); } int main() { pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4; sem_init(&sem_product,0,20); sem_init(&sem_consumer,0,0); pthread_create(&tid1,NULL,product,(void*)1); pthread_create(&tid2,NULL,consumer,(void*)2); pthread_create(&tid3,NULL,product,(void*)3); pthread_create(&tid4,NULL,consumer,(void*)4); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); pthread_join(tid3,NULL); pthread_join(tid4,NULL); sem_destroy(&sem_product); sem_destroy(&sem_consumer); pthread_mutex_destroy(&mutex_product); pthread_mutex_destroy(&mutex_consumer); }
运行结果显示：
文章名称：生产者与消费者模式（线程的同步与互斥）
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