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C++编程实现生产者消费者模式

2023-07-10 17:56:41 深夜i -- --

C++编程生产者消费者模式多线程编程互斥锁条件变量

生产者消费者模式（Producer-Consumer Pattern）是一种常见的多线程编程模式，用于解决在生产者和消费者之间的数据交互问题。在这种模式中，生产者线程负责产生数据并放入缓冲区中，而消费者线程则从缓冲区中取出数据并进行处理。这种模式可以避免线程之间的竞争和死锁问题，因此在实际应用中广泛使用。

在C++中，可以通过条件变量和互斥锁来实现生产者消费者模式。具体实现流程如下：

1. 定义缓冲区

首先定义一个缓冲区类，该类中包含一个互斥锁和两个条件变量。缓冲区的大小可以通过构造函数进行设置。


class Buffer
{
public:
  Buffer(int size) : size_(size), count_(0), in_(0), out_(0)
  {
    buffer_ = new int[size];
  }
  ~Buffer()
  {
    delete[] buffer_;
  }
  void produce(int value)
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    while (count_ == size_)
    {
      full_.wait(lock);
    }
    buffer_[in_] = value;
    in_ = (in_ + 1) % size_;
    ++count_;
    empty_.notify_all();
  }
  int consume()
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    while (count_ == 0)
    {
      empty_.wait(lock);
    }
    int value = buffer_[out_];
    out_ = (out_ + 1) % size_;
    --count_;
    full_.notify_all();
    return value;
  }
private:
  int size_;
  int count_;
  int in_;
  int out_;
  int* buffer_;
  std::mutex mutex_;
  std::condition_variable empty_;
  std::condition_variable full_;
};

2. 实现生产者和消费者线程

在生产者线程中，用一个循环来不断调用缓冲区的produce方法，向缓冲区中添加数据。在消费者线程中，也用一个循环来不断调用缓冲区的consume方法，从缓冲区中取出数据进行处理。


void producer(Buffer& buffer)
{
  for (int i = 0; i < 10; ++i)
  {
    buffer.produce(i);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
  }
}
void consumer(Buffer& buffer)
{
  for (int i = 0; i < 10; ++i)
  {
    int value = buffer.consume();
    std::cout << value << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
  }
}

3. 启动线程并测试

最后，通过调用std::thread来启动生产者和消费者线程，并等待线程的结束。


int main()
{
  Buffer buffer(5);
  std::thread t1(producer, std::ref(buffer));
  std::thread t2(consumer, std::ref(buffer));
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

这是一种简单的生产者消费者模式实现方式，在实际应用中可能需要更复杂的设计和优化。但无论如何，掌握这种模式的基本原理和实现方法，对于编写高效、稳定的多线程应用是非常有帮助的。

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