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生产者消费者模型实现

2023-07-06 00:53:11 深夜i -- --

C++ 编程生产者消费者模型实现

生产者消费者模型是并发编程中一种经典的模型，它主要用来解决生产者和消费者之间的同步问题。在该模型中，生产者将产品放到缓冲区中，消费者则从缓冲区中取出产品进行消费。

在C++编程中，我们可以使用多线程技术来实现生产者消费者模型。具体来说，我们可以定义两个线程：一个生产者线程和一个消费者线程。在生产者线程中，我们可以使用一个循环来生成产品，并将产品放入缓冲区中。在消费者线程中，我们可以从缓冲区中取出产品并进行相应的消费。

在实现生产者消费者模型时，需要使用一些同步原语来防止出现竞态条件。比如，我们可以使用互斥锁来确保在同一时间只有一个线程能够访问缓冲区。另外，我们也可以使用条件变量来协调生产者和消费者之间的交互。当缓冲区已满时，生产者线程会被条件变量阻塞，直到缓冲区有空间可用。同样的，当缓冲区已空时，消费者线程也会被条件变量阻塞，直到有产品可以消费。

下面是一个简单的C++代码示例，用来实现生产者消费者模型：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std;
const int BUFFER_SIZE = 10;
int buffer[BUFFER_SIZE];
int front_index = 0, rear_index = 0;
mutex buffer_mutex;
condition_variable buffer_not_full, buffer_not_empty;
void producer()
{
  for (int i = 0; i < 100; ++i)
  {
    unique_lock<mutex> lock(buffer_mutex);
    buffer_not_full.wait(lock, [] { return (rear_index + 1) % BUFFER_SIZE != front_index; });
    buffer[rear_index] = i;
    rear_index = (rear_index + 1) % BUFFER_SIZE;
    buffer_not_empty.notify_one();
  }
}
void consumer()
{
  for (int i = 0; i < 100; ++i)
  {
    unique_lock<mutex> lock(buffer_mutex);
    buffer_not_empty.wait(lock, [] return front_index != rear_index; );
    int product = buffer[front_index];
    front_index = (front_index + 1) % BUFFER_SIZE;
    buffer_not_full.notify_one();
    cout << "Consumer gets product: " << product << endl;
  }
}
int main()
{
  thread producer_thread(producer);
  thread consumer_thread(consumer);
  producer_thread.join();
  consumer_thread.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个长度为10的缓冲区，用来存放产品。在生产者线程中，我们使用一个循环来生成产品，并将产品放入缓冲区中。如果缓冲区已满，生产者线程会被条件变量buffer_not_full阻塞，直到有空间可用。

在消费者线程中，我们从缓冲区中取出产品，并进行相应的消费。如果缓冲区已空，消费者线程会被条件变量buffer_not_empty阻塞，直到有产品可用。

在整个生产者消费者过程中，我们使用互斥锁buffer_mutex来保证缓冲区的线程安全。同时，我们也使用了条件变量buffer_not_full和buffer_not_empty来协调生产者和消费者之间的交互。这样，我们就可以很好地实现生产者消费者模型，避免了出现竞态条件等问题。

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