使用互斥锁解决生产者与消费者问题

互斥锁:上锁与解锁

互斥锁指代相互排斥，是最基本的同步形式，它可用于保护临界取，以保证任何时刻只有一个线程在执行其中的代码。它可以用来同步一个进程内的各个线程。如果互斥锁存放在多个进程间共享的某个内存区中，它也可以用于这些进程间的同步。它实际上保护的是临界区中被操纵的数据，也就是保护由多个线程或多个进程分享的共享数据

使用方法

lock_the_mutex(...)

临界区

unlock_the_mutex(,,,)

在Posix中，互斥锁声明为具有pthread_mutex_t数据类型的变量

相关函数

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr) //动态创建

int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t * mutex)   //销毁互斥量

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t  *mutex);    //上锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t  *mutex);  //非阻塞解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t  *mutex);  //阻塞解锁

如果尝试给一个已由某个线程锁住的互斥锁上锁，那么pthread_mutex_lock将阻塞到该互斥锁解锁为止。pthread_mutex_trylock是对应的非阻塞函数。如果该互斥锁已锁住。它就返回一个EBUSY错误

解决生产者与消费者问题

 多个生产者一个消费者，如下图



整数数组buff含有被生产和消费的条目(也就是共享数据)，buff数据从0开始递增

线程间的共享的全局变量

设置并发线程级别

 调用pthread_setconcurrency，当我们希望多个生产者线程中每一个都有执行机会时，这个函数是必须的

命令行参数

 第一个命令行参数指定生产者存放的条目数，下一个参数指定创建生产者线程的数目

具体实现代码

#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAXNITEMS  10000
#define MAXNTHREADS 20

int nitems;    //read-only by producer and consumer
struct
{
pthread_mutex_t  mutex;
int buff[MAXNITEMS];
int nput;
int nval;
}shared =        //initialized staticly
{
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
};

void *producer(void *);
void *consumer(void *);
int min(int a, int b) { return a<b ? a : b; }

int main(int argc, char *argv[])
{
int i, nthreads, count[MAXNTHREADS];
pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume;

if(argc!=3)
{
printf("usage: ProCon <#items> <#threads>");
exit(1);
}
nitems = min(atoi(argv[1]), MAXNITEMS);
nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);

pthread_setconcurrency(nthreads);
for(i=0; i<nthreads; i++)
{
count[i] = 0;
pthread_create(&tid_produce[i], NULL, producer, &count[i]);
}
//wait for all the producer threads
for(i=0; i<nthreads; i++)
{
pthread_join(tid_produce[i], NULL);
printf("count[%d] = %d\n", i, count[i]);
}
//start, then wait for the consumer thread
pthread_create(&tid_consume, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(tid_consume, NULL);
return 0;
}

void *producer(void * arg)
{
for(; ; )
{
pthread_mutex_lock(&shared.mutex);
if(shared.nput >= nitems)
{
pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);
return (NULL);		//array is full, we're done
}
shared.buff[shared.nput] = shared.nval;
shared.nput++;
shared.nval++;
pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);
*((int *)arg) += 1;
}
}

void *consumer(void *arg)
{
int i;
for(i=0; i<nitems; i++)
{
if(shared.buff[i]!=i)
{
printf("buff[%d] = %d\n", i, shared.buff[i]);
}
}
return NULL;
}

代码解释

  39-42行用来创建消费者线程，每个线程执行producer函数，在tid_produce数组中保存每个线程的线程ID。等待所有生产者线程结束后，再启动消费者线程。在生产者线程结束的同时输出每个线程的计数值，即线程的执行次数。

注意：count元素的增加不属于临界区，因为每个线程有各自的计数器。

运行结果如下



如果去掉互斥锁的话，结果就会输出buff的错误值(当items比较大小)，

我在ubuntu上的测试结果 ./ProCon 400 5



 注：该博文为<<unix网络编程 --卷二>>读书笔记