linux 多线程下使用semaphore实现“（多）生产者-（多）消费者”模型

信号量

进化版的互斥锁（1 --> N）
由于互斥锁的粒度比较大，如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享，使用互斥锁是没有办法实现的，只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的，却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异。
信号量，是相对折中的一种处理方式，既能保证同步，数据不混乱，又能提高线程并发。

信号量基本操作（本质我觉得就是PV操作）：

sem_wait:
1.信号量大于0，则信号量-- （类比pthread_mutex_lock）
2.信号量等于0，造成线程阻塞

sem_post：
将信号量++，同时唤醒阻塞在信号量上的线程 （类比pthread_mutex_unlock）
但，由于sem_t的实现对用户隐藏，所以所谓的++、–操作只能通过函数来实现，而不能直接++、–符号。
信号量的初值，决定了占用信号量的线程的个数。

sem_init函数

初始化一个信号量

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参1：sem信号量
参2：pshared取0用于线程间；取非0（一般为1）用于进程间
参3：value指定信号量初值

sem_destroy函数

销毁一个信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

sem_wait函数

P操作，给信号量加锁 –
1.信号量大于0，则信号量-- （类比pthread_mutex_lock）
2.信号量等于0，造成线程阻塞

int sem_wait(sem_t *sem);

sem_post函数

V操作，给信号量解锁 ++

 int sem_post(sem_t *sem);	

sem_trywait函数

尝试对信号量加锁 – (与sem_wait的区别类比lock和trylock)
即使信号量为0也不会阻塞。

int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_timedwait函数

限时尝试对信号量加锁 –

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

参2：abs_timeout采用的是绝对时间。
定时1秒：

time_t cur = time(NULL);//获取当前时间。
struct timespec t;//定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1;//定时1秒
t.tv_nsec =0; 
sem_timedwait(&sem, &t);//传参

信号量实现 “生产者-消费者”模型

例1：信号量实现“生产者-消费者”模型（使用两个信号量）

/*信号量实现 生产者 消费者问题*/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define NUM 5               

int queue[NUM];                                     //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number;                 //空格数信号量, 产品数信号量

void *producer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) 
	{
        sem_wait(&blank_number);                    //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
		int data=rand() % 1000 + 1;
        queue[i] = data;                            //生产一个产品
		i = (i+1) % NUM;                            //借助下标实现环形
        sem_post(&product_number);                  //将产品数++
		
        printf("----Produce---%d\n",data);   
		
        
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *consumer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) 
	{
        sem_wait(&product_number);                  //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
        int data=queue[i];
        queue[i] = 0;                               //消费一个产品 
		i = (i+1) % NUM;
        sem_post(&blank_number);                    //消费掉以后,将空格子数++
		
        printf("-Consume---%d\n", data);

        
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid, cid;

    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信号量为5
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //产品数为0

    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);

    sem_destroy(&blank_number);
    sem_destroy(&product_number);

    return 0;
}

例2：信号量实现“多生产者-多消费者”模型
多生产者-多消费者模型的重点在于在信号量的基础上再加上一个互斥锁，保证一次只能有一个线程在生产或消费。

/*信号量实现 多生产者 多消费者问题*/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define NUM 5               

int queue[NUM];                                     //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number;                 //空格数信号量, 产品数信号量

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int prodeucer_i = 0;
int consumer_i = 0;
void *producer(void *arg)
{
    

    while (1) 
	{
        sem_wait(&blank_number);                    //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
		pthread_mutex_lock(&mutex1);
		int data=rand() % 1000 + 1;
        queue[prodeucer_i] = data;                  //生产一个产品
		prodeucer_i = (prodeucer_i+1) % NUM;        //借助下标实现环形
		pthread_mutex_unlock(&mutex1);
        sem_post(&product_number);                  //将产品数++
		
        printf("----Produce%d---%d\n",(int)arg,data);   
		
        
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *consumer(void *arg)
{
    

    while (1) 
	{
        sem_wait(&product_number);                  //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
		pthread_mutex_lock(&mutex2);
        int data=queue[consumer_i];
        queue[consumer_i] = 0;                      //消费一个产品 
		consumer_i = (consumer_i+1) % NUM;
		pthread_mutex_unlock(&mutex2);
        sem_post(&blank_number);                    //消费掉以后,将空格子数++
		
        printf("-Consume%d---%d\n",(int)arg,data);

        
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid1,pid2,cid1,cid2;

    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信号量为5
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //产品数为0

    pthread_create(&pid1, NULL, producer, (void*)1);
	pthread_create(&pid2, NULL, producer, (void*)2);
    pthread_create(&cid1, NULL, consumer, (void*)1);
	pthread_create(&cid2, NULL, consumer, (void*)2);

    pthread_join(pid1, NULL);
	pthread_join(pid2, NULL);
	pthread_join(cid1, NULL);
    pthread_join(cid2, NULL);

    sem_destroy(&blank_number);
    sem_destroy(&product_number);
	
	pthread_mutex_destroy(&mutex1);
	pthread_mutex_destroy(&mutex2);

    return 0;
}