生产者消费者-(多线程同步和互斥)
条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待条件变量的条件成立而挂起（此时不再占用cpu）；另一个线程使条件成立（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。
/* 等待条件 */ /* 注意：pthread_cond_wait为阻塞函数。解开锁，再等待。等条件满足时，需要抢到锁，才可以被唤醒*/ pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); /* 激发条件 */ /* 所有因为不满足条件的线程都会阻塞在条件变量cond_pro中的一个队列中 */ /* 以广播方式，通知所有被阻塞的所有线程 */ pthread_cond_broadcast(&cond_pro); /* 以signal方式，只通知排在最前面的线程 */ pthread_cond_signal(&cond_pro);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CELL 10
#define FLORE 0
int i = 0; /* 所有线程共享的全局变量，此处假定至多递增至10，最小减到0 */
pthread_mutex_t mutex; /* 定义互斥锁 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con; /* 定义两个条件变量 */
/* 生产者线程 */
void* pro_handler(void *arg)
{
pthread_detach(pthread_self()); /* 由系统回收线程资源，而非主线程回收资源 ，此类情况主线程是个服务器，永久不会退出 */
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(i >= CELL)
{
pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex);
/* continue是轮询，此处是阻塞 */
/* 把锁放开再等 ，第一个参数是结构体指针，其中有成员存放被阻塞的函数 */
/*不占cpu*/
/* 不满足条件时才会等 ，需要别人告诉它，才能唤醒它*//* 当它返回时，锁也要回来了*/
}
i++;
if(i == 1)
{
/* 由空到不空，唤醒消费者 */
pthread_cond_signal(&cond_con); /*不会立马signal被阻塞的消费者线程，因为其还要等锁抢回来*/
}
printf("add i: %d \n", i);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 5 + 1);
}
}
/* 消费者线程 */
void* con_handler(void *arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(i <= FLORE)
{
pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex);
}
i--;
if(i == 9) /* 由满到不满，要告诉生产者,以便将其唤醒 *//*此处，直接signal也可以，我们是为了更加精确*/
{
pthread_cond_signal(&cond_pro);
}
printf("con i: %d \n", i);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 5 + 1);
}
}
int main(int argc, char *argv[]) // exe +num -num
{
srand(getpid());
int con_cnt, pro_cnt;
pro_cnt = atoi(argv[1]);
con_cnt = atoi(argv[2]);
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread_cond_init(&cond_pro,NULL);
pthread_cond_init(&cond_con,NULL);
pthread_t *arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt , sizeof(pthread_t));
int index = 0;
while(pro_cnt > 0)
{
pthread_create(arr + index, NULL, pro_handler, NULL);
index++;
pro_cnt--;
}
while(con_cnt > 0)
{
pthread_create(arr + index, NULL, con_handler, NULL);
index++;
con_cnt--;
}
while(1);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond_pro);
pthread_cond_destroy(&cond_con);
return 0;
}
无论是在生产者线程，还是在消费者线程中。标记黄色部分的判断条件必须用while。以生产者线程举例，当i>=CELL时，也就是i满时，此时执行pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex); 该生产者线程被挂起。必须等到消费者线程pthread_cond_signal(&cond_pro); 将其唤醒。但是消费者将其signal还不够，被挂其的生产者线程必须重新拿到锁，才可以被激活。但是，由于在消费者signal的同时，生产者并不能立即抢到锁，所以此时可能i值又改变变为大于等于10了。因此必须用while。不然可能导致i>10。
将生产者消费者模型进一步修改、
生产者和消费者（互斥与同步）。资源用队列模拟（要上锁，一个时间只能有一个线程操作队列）。
m个生产者。拿到锁，且产品不满，才能生产。当产品满，则等待，等待消费者唤醒。当产品由空到不空，通知消费者。
n个消费者。拿到锁，且有产品，才能消费。当产品空，则等待，等待生产者唤醒。当产品由满到不满，通知生产者。
生产者条件：队列不满
消费者条件：队列不空
因此有两个条件变量。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CNT 20 /* 最多生产20个产品 */
/* 用队列模拟车间 */
/* front和tail初始化均为0，tail是下一个资源生成的下一个数组空间下标 */
typedef struct tag
{
int s_arr[CNT + 1] ; /* 生产20个产品，必须有21个空间，因为如果空间都装满产品，无法区别队列满和队列空 */
int s_front ;
int s_tail ;
}QUEUE,*pQUEUE ;
QUEUE my_que ;
/* 资源为空 */
int que_empty(pQUEUE pq)
{
return pq ->s_front == pq -> s_tail ;
}
/* 资源为满 */
int que_full(pQUEUE pq)
{
return (pq -> s_tail + 1)% (CNT+1) == pq -> s_front ;
}
int que_cnt(pQUEUE pq)
{
return (pq -> s_tail - pq ->s_front + CNT + 1)% (CNT + 1) ;
}
pthread_mutex_t mutex ;
pthread_cond_t cond_pro, cond_con ;
void* pro_handler(void* arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex) ;
while(que_full(&my_que))
{
pthread_cond_wait(&cond_pro, &mutex);
}
my_que.s_arr[my_que.s_tail ] = rand() % 1000 ;
my_que.s_tail = (my_que.s_tail + 1)% (CNT + 1) ;
if(que_cnt(&my_que) == 1)
{
pthread_cond_broadcast(&cond_con);
}
printf("produce a product, total num : %d \n", que_cnt(&my_que));
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand()%3 + 1);
}
}
void* con_handler(void* arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(que_empty(&my_que))
{
pthread_cond_wait(&cond_con, &mutex);
}
my_que.s_front = (my_que.s_front + 1) % (CNT + 1) ;
if(que_cnt(&my_que) == CNT - 1)
{
/*由于我们的主线程是等消费者线程创建完之后，再创建生产者线程，
因此一开始所有消费者线程都会挂起，在条件变量cond_pro的队列里排队
因此需要用broadcast通知所有消费者线程。
不然一次就通知一个生产者线程，就此消费者线程会抢锁。
当然，如果一开始主线程先创建生产者线程，再创建消费者线程，
由于生产者线程不会全部阻塞，因此可以使用signal来唤醒一个 */
pthread_cond_broadcast(&cond_pro);
}
printf("consume a product, total num: %d \n", que_cnt(&my_que));
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand()%3 + 1);
}
}
int main(int argc, char* argv[])//exe pro_num con_num
{
int con_cnt , pro_cnt ;
my_que.s_front = 0 ;
my_que.s_tail = 0 ;
pro_cnt = atoi(argv[1]) ;
con_cnt = atoi(argv[2]) ;
srand(getpid());
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond_pro, NULL);
pthread_cond_init(&cond_con, NULL);
pthread_t* arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt, sizeof(pthread_t));
int index = 0 ;
while(con_cnt > 0)
{
pthread_create(arr + index , NULL, con_handler, NULL);
index ++ ;
con_cnt -- ;
}
sleep(5);
while(pro_cnt > 0)
{
pthread_create(arr + index , NULL, pro_handler, NULL);
index ++ ;
pro_cnt -- ;
}
while(1) ;
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond_pro);
pthread_cond_destroy(&cond_con);
return 0 ;
}
makefile
main:main.c
gcc -o $@ $< -lpthread
