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C++多线程实现生产者消费者模型
2023-07-05 07:51:09 深夜i     --     --
C++ 多线程 生产者 消费者 模型

生产者消费者模型是一个常见的并发编程问题，许多程序员都需要处理。在这个模型中，有两类线程：生产者和消费者。生产者负责生产数据，而消费者则从生产者那里获取数据并消费它。为了实现这一模型，需要使用并发编程技术。

C++提供了一组多线程库函数，使得开发人员可以轻松地使用多线程来解决并发编程问题。在本文中，我们将探讨如何使用C++的多线程库函数来实现生产者消费者模型。

在开始之前，让我们先看一下生产者消费者模型的基本知识点。

生产者消费者模型中，数据传输通常是通过一个共享缓冲区来实现的。缓冲区是一个固定大小的队列，生产者将数据添加到缓冲区尾部，而消费者会从缓冲区头部获取数据进行消费。如果缓冲区已满，生产者将等待，直到缓冲区中有可用空间。如果缓冲区为空，消费者将等待，直到缓冲区中有可用数据。

现在，我们开始实现生产者消费者模型的代码。

首先，我们需要定义数据结构。在本例中，我们将使用一个简单的整数来表示数据。

int g_nData = -1;

接下来，我们需要定义共享缓冲区。由于缓冲区是一个队列，我们需要定义队列大小和队列本身。我们将使用一个循环队列来实现这一点。缓冲区内部维护了一个互斥锁，以便生产者和消费者之间的串行化访问。

const int BUFFER_SIZE = 10;

class CircularBuffer {

public:

  CircularBuffer() : m_nPutPos(0), m_nGetPos(0), m_bEmpty(true) {};

  int getSize() const return BUFFER_SIZE;

  bool isFull() const { return ((m_nPutPos + 1) % BUFFER_SIZE == m_nGetPos); }

  bool isEmpty() const return m_bEmpty;

  void put(int nValue);

  int get();

private:

  int m_nPutPos;

  int m_nGetPos;

  bool m_bEmpty;

  int m_anBuffer[BUFFER_SIZE];

  std::mutex m_mtxBuffer;

};

在上面的代码中，put()和get()函数用于将数据添加到缓冲区尾部和从缓冲区头部获取数据。get()函数返回-1，如果缓冲区已空。

接下来，我们来实现生产者和消费者线程。

生产者线程会不停地向缓冲区中添加数据。为此，我们需要使用while循环并使用sleep函数让线程暂停一段时间。

void producerThread(CircularBuffer& buffer) {

  int nValue = 0;

  while (true) {

    nValue++;

    buffer.put(nValue);

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));

  }

}

消费者线程会不停地从缓冲区中获取数据并进行消费。为此，我们使用while循环并使用sleep函数让线程暂停一段时间。

void consumerThread(CircularBuffer& buffer) {

  while (true) {

    int nValue = buffer.get();

    if (nValue != -1)

      std::cout << "Consumed: " << nValue << std::endl;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(30));

  }

}

最后，我们需要在主函数中启动生产者和消费者线程。我们使用C++的thread库来创建线程对象。

int main() {

  CircularBuffer buffer;

  std::thread producer(producerThread, std::ref(buffer));

  std::thread consumer(consumerThread, std::ref(buffer));

  producer.join();

  consumer.join();

  return 0;

}

在上面的代码中，我们创建两个线程，并将共享缓冲区作为参数传递给它们。接下来，我们使用join()函数，等待线程退出。

至此，我们已经成功地实现了一个基于C++多线程库函数的生产者消费者模型。在生产者消费者模型中，共享缓冲区是非常重要的，因为它在生产者和消费者之间扮演着一个重要的桥梁。共享缓冲区维护了一个互斥锁，以确保生产者和消费者之间的串行化访问，从而避免了数据竞争的问题。通过使用C++多线程库函数，开发人员可以轻松地解决生产者消费者模型的并发编程问题。

  
  

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