多线程系列之生产者和消费者问题

　　生产者消费者问题是一个著名的线程同步问题，该问题描述如下：有一个生产者在生产产品，这些产品将提供给若干个消费者去消费，为了使生产者和消费者能并发执行，在两者之间设置一个具有多个缓冲区的缓冲池，生产者将它生产的产品放入一个缓冲区中，消费者可以从缓冲区中取走产品进行消费，显然生产者和消费者之间必须保持同步，即不允许消费者到一个空的缓冲区中取产品，也不允许生产者向一个已经放入产品的缓冲区中再次投放产品。

　 首先来简化问题，先假设生产者和消费者都只有一个，且缓冲区也只有一个。这样情况就简便多了。

    第一．从缓冲区取出产品和向缓冲区投放产品必须是互斥进行的。可以用互斥锁来完成。

    第二．生产者要等待缓冲区为空，这样才可以投放产品，消费者要等待缓冲区不为空，这样才可以取出产品进行消费。并且由于有二个等待过程，所以要用二个事件或者信号量来控制。

在.net中，用Monitor可以同时达到以上两者的效果。演示如下:

1 首先，声明一个队列：

 _queue = new Queue<T>();

2 设置缓冲区大小：

int _maxQueueCount=1024;

3 用两个变量来记录生产者和消费者的数量：

  int _consumersWaiting;
  int _producersWaiting;

4 生产者生产：

       lock (_locker)
            {
                _queue.Enqueue(item);
                while (_queue.Count >= _maxQueueCount && !_isDisposed)
                {
                    _producersWaiting++;
                    Monitor.Wait(_locker);
                    _producersWaiting--;
                }
                if (_consumersWaiting > 0)
                    Monitor.PulseAll(_locker);
            }

生产者在队列的长度大于缓冲区之后，释放锁并进入等待状态，同时通知消费者。

5 消费者开始消费：

 lock (_locker)
 { 
 //消费所有数据
  if (_producersWaiting > 0)
         Monitor.PulseAll(_locker);
    _consumersWaiting++;
     Monitor.Wait(_locker);
     _consumersWaiting--;
}

消费者在消费完缓冲区所有数据之后，通知生产者，释放锁，并进入等待状态。

这个时候，生产者重新得到锁，并继续生产。

生产者与消费者变会一直有序的交叉进行下去。

 

然后再对这个简单生产者消费者问题加大难度。将消费者改成2个，缓冲池改成拥有4个缓冲区的大缓冲池。

请读者自行研究解决办法。

最后，关于生产者和消费者的问题，总结如下：

1．首先要考虑生产者与消费者对缓冲区操作时的互斥。

2．不管生产者与消费者有多少个，缓冲池有多少个缓冲区。都只有二个同步过程——分别是生产者要等待有空缓冲区才能投放产品，消费者要等待有非空缓冲区才能去取产品。

 

正确掌握生产者和消费者问题的解决办法，为开发人员的一种基本素质之一。当然Coding依然是真正掌握的不二法门:)