生产者消费者问题

目录

生产者消费者模型概述

 生产者消费者模型的优点

1.解耦

2.并发性

3.忙闲不均

Linux系统下模拟实现

思路

代码实现

运行结果

生产者消费者模型概述

     生产者消费者问题也称为有限缓冲问题 。大概描述就是：两个或更多的线程共享一个缓冲区，其中一个或多个线程作为“生产者”向缓冲区存储数据，另一个或多个线程作为“消费者”从缓冲区取出问题。

该模型的几个特点：

生产者和消费者是互斥的使用缓冲区；

缓冲区空时，消费者不能读取数据；

缓冲区满时，生产者不能添加数据。

 生产者消费者模型的优点

1.解耦

就是指生产者添加数据和消费者读取数据相互不影响。从代码方面来说就是生产者和消费者并不直接相互调用，两者的代码发生变化时对对方都不产生影响。

2.并发性

字面意思，生产者和消费者可以并发的执行。如果没有缓冲区，消费者直接从生产者拿去数据时，就需要等待生产者产生数据，同样生产者也需要等待消费者消费数据。而在该模型下，生产者和消费者是两个独立并发的主体，不需要等待。

3.忙闲不均

在该模型下，缓冲区未放满时，生产者和消费者并不相互影响，所以不会产生占用CPU时间片的问题；而当缓冲区放满时，生产者就不在生产数据，同样消费者在缓冲区空时也不会再消费数据。使得两者的运行处于一种动态平衡的状态

Linux系统下模拟实现

思路

假设一个生产者消费者问题：有2个生产者，3个消费者

需要用到2个信号量和一个互斥锁来实现互斥的使用缓冲区

代码实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>

#define SC_NUM   2
#define XF_NUM   3
#define BUFF_SIZE  5

int buff[BUFF_SIZE];
int in=0;
int out=0;

sem_t sem_empty;
sem_t sem_full;
pthread_mutex_t mutex;

void* sc_thread(void* arg)
{
    int index=(int)arg;
    for(int i=0;i<30;i++)
    {
       sem_wait(&sem_empty);
       pthread_mutex_lock(&mutex);
       buff[in]=rand()%100;
       printf("第%d个线程，产生数据%d,在%d位置\n",index,buff[in],in);
       in=(in+1)%BUFF_SIZE;
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
       sem_post(&sem_full);
       //随机睡眠几秒便于观察
       int n =rand()%10;
       sleep(n);
    }
}

void* xf_thread(void* arg)
 {
    int index=(int)arg;
    for(int i=0;i<20;i++)
    {
       sem_wait(&sem_full);
       pthread_mutex_lock(&mutex);
       printf("——消费者（%d)读取数据%d，在%d的位置\n",index,buff[out],out);
       out=(out+1)%BUFF_SIZE;
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
       sem_post(&sem_empty); 
       int n=rand()%10;
       sleep(n);
    }
 }
 int main()
 {
    sem_init(&sem_empty,0,BUFF_SIZE);
    sem_init(&sem_full,0,0);
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    pthread_t sc_id[SC_NUM];
    pthread_t xf_id[XF_NUM];
 
    for(int i=0;i<SC_NUM;i++)
    {
        pthread_create(&sc_id[i],NULL,sc_thread,(void*)i);
    }
    for(int i=0;i<XF_NUM;i++)
    {
       pthread_create(&xf_id[i],NULL,xf_thread,(void*)i);
    }
    for(int i= 0;i<SC_NUM;i++)
    {
        pthread_join(sc_id[i],NULL);
    }
    for(int i=0;i<XF_NUM;i++)
    {
        pthread_join(xf_id[i],NULL);
    }
 
    sem_destroy(&sem_empty);
    sem_destroy(&sem_full);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    exit(0);
 }

运行结果

上图截取了部分数据