生产者/消费者模型改进版 ——队列

上述消费者/生产者模型比较简单，缓冲区中只能容纳一条消息。生产者每提交一条消息到缓冲区中，就会通知消费者，等消费者取走消息之后才能提交下一条消息。同样，消费者也必须等待生产者提交一条消息后才能进行处理。这种设计的效率是比较低下的。

    如果将缓冲区设计为一个先进先出的队列，可以同时容纳多条消息，那么只要缓冲区不满，生产者就可以提交消息；同时，只要缓冲区不空，消费者就可以取出消息进行处理。这将大大提高整个程序的效率。

  实现时，可以利用信号量计数的特性，用信号量的值表示缓冲区中消息的个数及空闲空间的个数。但这时由于生产者和消费者可能同时访问缓冲区，故需要再用一个互斥量来进行保护。

    综上，对一个缓冲区需要定义以下三个同步变量：

sem_t full; /* 表示缓冲区中消息的个数 */

sem_t empty;/* 表示缓冲区中的空闲空间(还能容纳的消息个数) */

pthread_mutex_t lock; /* 同步对缓冲区的访问 */

这些同步变量的初始化如下：

sem_init(&full, 0, 0); /* 缓冲区中消息数为0 */

sem_init(&empty, 0, N); /* 缓冲区中的空闲空间数为N，即缓冲区的容量 */

pthread_mutex_init(&lock, NULL); /* 初始化互斥量 */

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include "SqQueue.h"

// 信号量和缓冲区
struct data
{
sem_t empty;  // 用来控制生产者，只有缓冲区为空，生产者才可以生产消息
sem_t full;   // 用来控制消费者，只有缓冲区有数据，才可以消费
Queue q;      // 缓冲区队列
};

struct data msg;
// 互斥锁
pthread_mutex_t mutex;

int num = 0;

// 生产者线程工作函数
void *Produce(void *v)
{
while (1)
{
int time = rand() % 100 + 1;
usleep(time*10000);

// 只要队列不满 就能生产消息， empty代表当前队列剩余的空间
sem_wait(&msg.empty);
pthread_mutex_lock(&mutex);    // 抢锁

num++;   // 生产一个消息

// 将消息放入到队列里面
EnQueue (&(msg.q), num);
printf ("生产一条消息\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
// 生产完了，通知消费者进行消费
sem_post(&msg.full);
}
}

// 消费者线程工作函数
void *Consum(void *v)
{
char  buf[32];
while (1)
{
int time = rand() % 100 + 1;
usleep(time*10000);

// 只有缓冲区有数据，就能消费消息， full当前队列消息的个数
sem_wait(&msg.full);
pthread_mutex_lock(&mutex);    // 抢锁

int num;
DeQueue(&(msg.q), &num);   // 去队列里取出一条消息
printf("消费了一条消息: %d\n", num);

4000
pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
// 消费完了，通知生产则会进行生产
sem_post(&msg.empty);
}
}

int main()
{
srand ((unsigned int)time(NULL));

// 初始化信号量
sem_init(&msg.empty, 0, 10); // 生产者，一开始要生产 10 条消息
sem_init(&msg.full, 0, 0);   // 消费者，一开始要不能消费消息

// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// 初始化队列
InitQueue(&(msg.q));

pthread_t produceId;
pthread_t consumId;

int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
// 创建生产者线程
pthread_create(&produceId, NULL, Produce, NULL);
pthread_detach(produceId);
}

// 创建消费者线程
pthread_create(&consumId, NULL, Consum, NULL);

// 等待线程结束
pthread_join(consumId, NULL);

// 销毁信号量
sem_destroy(&msg.empty);
sem_destroy(&msg.full);

// 销毁互斥锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}