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C++多线程下的生产者与消费者实现

2023-07-07 00:03:09 深夜i -- --

C++ 多线程生产者消费者实现

在C++语言中，多线程编程是非常常见的技术，尤其是在需要实现生产者和消费者模式时更是不可或缺。在本文中，我们将详细介绍如何使用C++语言的多线程技术来实现生产者和消费者模式。

生产者和消费者模式是一种常见的设计模式，主要是用于解决生产和消费数据之间的同步问题。在这种模式中，生产者会生产数据并将其存储在共享的缓冲区中，而消费者则会从缓冲区中取出数据进行消费。如果缓冲区为空，则消费者会阻塞等待，直到有数据可用为止。同样，如果缓冲区已满，则生产者也会阻塞等待，直到有空间可用。

在C++语言中，可以使用多线程技术来实现生产者和消费者模式。下面是一个示例代码：


#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <queue>
using namespace std;
queue<int> buffer;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void* producer(void* arg) {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (buffer.size() == 10) {
      pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    buffer.push(i);
    cout << "Producer: Produced " << i << endl;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(1);
  }
  pthread_exit(NULL);
}
void* consumer(void* arg) {
  while (true) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (buffer.empty()) {
      pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    int data = buffer.front();
    buffer.pop();
    cout << "Consumer: Consumed " << data << endl;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(1);
  }
  pthread_exit(NULL);
}
int main() {
  pthread_t producerThread, consumerThread;
  pthread_create(&producerThread, NULL, producer, NULL);
  pthread_create(&consumerThread, NULL, consumer, NULL);
  pthread_join(producerThread, NULL);
  pthread_join(consumerThread, NULL);
  return 0;
}

在上面的代码中，我们使用了一个队列来存储生产者生产的数据，同时使用了一个互斥锁（mutex）和一个条件变量（cond）来保证线程之间的同步。

在生产者线程中，我们首先获得了互斥锁，然后检查缓冲区中是否还有空闲的位置。如果缓冲区已满，则调用pthread_cond_wait()函数来阻塞当前线程，并释放掉互斥锁。这样可以避免浪费CPU资源。当缓冲区中有空闲的位置时，我们向队列中添加数据，并且通知消费者线程可以开始消费了。最后释放互斥锁。

在消费者线程中，我们同样先获取互斥锁，然后检查缓冲区是否为空。如果缓冲区为空，则也会调用pthread_cond_wait()函数等待，直到收到生产者的通知为止。当缓冲区中有数据时，我们从队列中取出数据并进行消费，然后通知生产者线程可以继续生产了。最后，我们释放互斥锁。

在main()函数中，我们创建了一个生产者线程和一个消费者线程，并使用pthread_join()函数等待线程结束。这个demo只是一个简单的示例，实际使用时需要根据具体的需求进行相应的修改。

总之，在C++语言中，使用多线程技术来实现生产者和消费者模式非常方便，只需要使用互斥锁和条件变量来保证线程之间的同步即可。这样可以避免了线程之间的竞争条件，使得程序更加健壮和鲁棒。

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