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C++生产者消费者模式代码实现
2023-06-27 13:18:25 深夜i     --     --
C++ 生产者消费者模式 代码实现 多线程 缓冲区

在多线程编程中，生产者消费者模式是一种常用的并发模型，它可以有效地解决生产者和消费者之间的数据同步问题，同时还可以提高程序的运行效率和并发性。

C++语言提供了许多用于多线程编程的标准库及工具，其中就包括了实现生产者消费者模式的类和函数。下面将介绍一种使用C++标准库实现生产者消费者模式的代码实现方法。

生产者消费者模式代码实现步骤

首先，我们需要定义生产者和消费者的任务，以及它们共同处理的数据结构。在这个例子中，我们以一个大小为100的循环队列作为共享的数据结构，生产者线程的任务是向队列中添加数据，消费者线程的任务是从队列中取出数据并进行相应的处理。

其次，我们需要定义一个互斥锁和两个条件变量，它们的作用是保证生产者和消费者线程之间的同步和互斥。互斥锁用于保护共享数据结构，条件变量用于实现线程的阻塞和唤醒操作。

最后，我们需要编写生产者和消费者线程的代码，并在主函数中创建它们。在程序运行时，生产者线程向队列中添加数据，消费者线程从队列中取出数据并进行处理，同时通过互斥锁和条件变量来保证它们的同步和互斥。

代码实现示例

下面是一个使用C++标准库实现生产者消费者模式的代码示例。在这个例子中，我们使用了一个循环队列和一个互斥锁及两个条件变量，实现了一个生产者和一个消费者线程。



#include <iostream>


#include <thread>


#include <mutex>


#include <condition_variable>


#include <queue>


using namespace std;


mutex mtx;


condition_variable cv_producer, cv_consumer;


queue<int> q;


int count = 0;


void producer() {


  for (int i = 0; i < 100; i++) {


    unique_lock<mutex> ulock(mtx);


    while (q.size() >= 10)


      cv_producer.wait(ulock);


    q.push(count++);


    cout << "Producer: " << count-1 << endl;


    ulock.unlock();


    cv_consumer.notify_one();


  }


}


void consumer() {


  for (int i = 0; i < 100; i++) {


    unique_lock<mutex> ulock(mtx);


    while (q.empty())


      cv_consumer.wait(ulock);


    int data = q.front();


    q.pop();


    cout << "Consumer: " << data << endl;


    ulock.unlock();


    cv_producer.notify_one();


  }


}


int main() {


  thread t1(producer);


  thread t2(consumer);


  t1.join();


  t2.join();


  return 0;


}

在这个例子中，我们定义了一个循环队列q，它的最大长度为10。生产者线程通过向队列中添加数据来生产产品，消费者线程通过从队列中取出数据来消费产品。

在生产者线程中，我们首先获取了互斥锁mtx，然后使用while循环来判断队列是否已满。如果队列已满，则通过条件变量cv_producer让线程阻塞，并在释放锁之前等待唤醒信号。

如果队列未满，则将数据添加到队列中，并打印出相应的信息。然后我们释放互斥锁，通过条件变量cv_consumer向消费者线程发送唤醒信号。

在消费者线程中，我们也首先获取了互斥锁mtx，然后使用while循环来判断队列是否为空。如果队列为空，则通过条件变量cv_consumer让线程阻塞，并在释放锁之前等待唤醒信号。

如果队列非空，则从队列中取出数据并打印出相应的信息。然后我们释放互斥锁，通过条件变量cv_producer向生产者线程发送唤醒信号。

在主函数中，我们创建了两个线程t1和t2，它们分别执行生产者和消费者线程的任务。最后我们等待两个线程都运行结束，然后退出程序。

总结

生产者消费者模式是一种常用的并发模型，它可以有效地解决多线程编程中的数据同步问题。在C++标准库中，我们可以使用互斥锁和条件变量来实现生产者消费者模式，这样可以更加简便和高效地进行多线程编程。

  
  

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