《生产者消费者设计模式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生产者消费者设计模式（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于 C+11 实现生产者消费者设计模式本文将综合运用 C+11 中的新的基础设施( 主要是多线程、锁、条件变量)来阐述一个经典问题生产者消费者模式，并给出完整的解决方案。生产者消费者问题是多线程并发中一个非常经典的问题，相信学过操作系统课程的同学都清楚这个问题的根源。本文将就四种情况分析并介绍生产者和消费者问题，它们分别是：单生产者-单消费者模式，单生产者-多消费者模式，多生产者-单消费者模式，多生产者-多消费者模式，我会给出四种情况下的 C+11 并发解决方案，如果文中出现了错误或者你对代码有异议，欢迎交流。1 单生产者-单消费者模式顾名思义，单生产者-单消费者模式中只有一个生产者和一个消
2、费者，生产者不停地往产品库中放入产品，消费者则从产品库中取走产品，产品库容积有限制，只能容纳一定数目的产品，如果生产者生产产品的速度过快，则需要等待消费者取走产品之后，产品库不为空才能继续往产品库中放置新的产品，相反，如果消费者取走产品的速度过快，则可能面临产品库中没有产品可使用的情况，此时需要等待生产者放入一个产品后，消费者才能继续工作。C+11 实现单生产者单消费者模式的代码如下：#include #include #include #include #include #include static const int kItemRepositorySize = 10; / Item bu
3、ffer size.static const int kItemsToProduce = 1000; / How many items we plan to produce.struct ItemRepository int item_bufferkItemRepositorySize; / 产品缓冲区, 配合 read_position 和 write_position 模式环形队列.size_t read_position; / 消费者读取产品位置.size_t write_position; / 生产者写入产品位置.std:mutex mtx; / 互斥量, 保护产品缓冲区std:con
4、dition_variable repo_not_full; / 条件变量, 指示产品缓冲区不为满.std:condition_variable repo_not_empty; / 条件变量, 指示产品缓冲区不为空. gItemRepository; / 产品库全局变量, 生产者和消费者操作该变量.typedef struct ItemRepository ItemRepository;void ProduceItem(ItemRepository *ir, int item)std:unique_lock lock(ir-mtx);while(ir-write_position + 1) %
5、 kItemRepositorySize)= ir-read_position) / item buffer is full, just wait here.std:cout repo_not_full).wait(lock); / 生产者等待产品库缓冲区不为满 这一条件发生.(ir-item_buffer)ir-write_position = item; / 写入产品.(ir-write_position)+; / 写入位置后移.if (ir-write_position = kItemRepositorySize) / 写入位置若是在队列最后则重新设置为初始位置.ir-write_pos
6、ition = 0;(ir-repo_not_empty).notify_all(); / 通知消费者产品库不为空.lock.unlock(); / 解锁.int ConsumeItem(ItemRepository *ir)int data;std:unique_lock lock(ir-mtx);/ item buffer is empty, just wait here.while(ir-write_position = ir-read_position) std:cout repo_not_empty).wait(lock); / 消费者等待 产品库缓冲区不为空这一条件发生.data
7、= (ir-item_buffer)ir-read_position; / 读取某一产品(ir-read_position)+; / 读取位置后移if (ir-read_position = kItemRepositorySize) / 读取位置若移到最后，则重新置位.ir-read_position = 0;(ir-repo_not_full).notify_all(); / 通知消费者产品库不为满.lock.unlock(); / 解锁.return data; / 返回产品.void ProducerTask() / 生产者任务for (int i = 1; i write_positi
8、on = 0; / 初始化产品写入位置.ir-read_position = 0; / 初始化产品读取位置.int main()InitItemRepository(std:thread producer(ProducerTask); / 创建生产者线程.std:thread consumer(ConsumerTask); / 创建消费之线程.producer.join();consumer.join();2 单生产者-多消费者模式与单生产者和单消费者模式不同的是，单生产者-多消费者模式中可以允许多个消费者同时从产品库中取走产品。所以除了保护产品库在多个读写线程下互斥之外，还需要维护消费者取走
9、产品的计数器，代码如下:#include #include #include #include #include #include static const int kItemRepositorySize = 4; / Item buffer size.static const int kItemsToProduce = 10; / How many items we plan to produce.struct ItemRepository int item_bufferkItemRepositorySize;size_t read_position;size_t write_positio
10、n;size_t item_counter;std:mutex mtx;std:mutex item_counter_mtx;std:condition_variable repo_not_full;std:condition_variable repo_not_empty; gItemRepository;typedef struct ItemRepository ItemRepository;void ProduceItem(ItemRepository *ir, int item)std:unique_lock lock(ir-mtx);while(ir-write_position +
11、 1) % kItemRepositorySize)= ir-read_position) / item buffer is full, just wait here.std:cout repo_not_full).wait(lock);(ir-item_buffer)ir-write_position = item;(ir-write_position)+;if (ir-write_position = kItemRepositorySize)ir-write_position = 0;(ir-repo_not_empty).notify_all();lock.unlock();int Co
12、nsumeItem(ItemRepository *ir)int data;std:unique_lock lock(ir-mtx);/ item buffer is empty, just wait here.while(ir-write_position = ir-read_position) std:cout repo_not_empty).wait(lock);data = (ir-item_buffer)ir-read_position;(ir-read_position)+;if (ir-read_position = kItemRepositorySize)ir-read_pos
13、ition = 0;(ir-repo_not_full).notify_all();lock.unlock();return data;void ProducerTask()for (int i = 1; i lock(gItemRepository.item_counter_mtx);if (gItemRepository.item_counter write_position = 0;ir-read_position = 0;ir-item_counter = 0;int main()InitItemRepository(std:thread producer(ProducerTask);
14、std:thread consumer1(ConsumerTask); std:thread consumer2(ConsumerTask);std:thread consumer3(ConsumerTask);std:thread consumer4(ConsumerTask);producer.join();consumer1.join();consumer2.join();consumer3.join();consumer4.join();3 多生产者-单消费者模式与单生产者和单消费者模式不同的是，多生产者-单消费者模式中可以允许多个生产者同时向产品库中放入产品。所以除了保护产品库在多个
15、读写线程下互斥之外，还需要维护生产者放入产品的计数器，代码如下:#include #include #include #include #include #include static const int kItemRepositorySize = 4; / Item buffer size.static const int kItemsToProduce = 10; / How many items we plan to produce.struct ItemRepository int item_bufferkItemRepositorySize;size_t read_position;size_t write_position;size_t item_counter;std:mutex mtx;std:mutex item_counter_mtx;std:condition_variable repo_not_full;std:condition_variable repo_not_empty; gItemRepository;typedef struct ItemRepository ItemRepository;void ProduceItem(ItemRepository *ir, int item)std:unique_l
