多线程用互斥锁和条件变量实现生产者和消费者-------循环任务队列

互斥锁与条件变量简介

在多线程的环境中，全局变量会被各线程共享，因此在操作全局变量的时候需要采用锁机制，在linux里最常用的锁就是互斥锁，互斥锁使用方法如下

//线程A
pthread_mutex_lock(&lock);  
...;      //对共享数据操作
pthread_mutex_unlock(&lock);
 
  
 
  
 这段代码会包括在每一个试图操作共享变量的线程里面，这样就能实现共享变量（临界资源）的互斥使用。 
  
 
  
这样也会遇见一个问题，每个线程在临界资源释放之后都会争夺锁，获得锁的线程会继续执行下去，其他线程都将阻塞在原地直到临界资源被释放后重新争夺锁，这样很容易造成有的线程一直使用锁而有的线程一直抢不到锁，从而造成饿死的现象使程序运行效率十分低下。
 
  
为了解决这个问题linux提供了条件变量来使线程之间同步。
 
  
条件变量的使用方法如下
 
  
 
  
//线程A 
pthread_mutex_lock(&lock); 
if(超前) 
pthread_cond_wait(&不超前,&lock);
 ...; //对共享数据操作 
pthread_mutex_unlock(&lock);

//线程B 
pthread_mutex_lock(&lock); 
if(A不超前) 
pthread_cond_signal(不超前);
 ...; //对共享数据操作 
pthread_mutex_unlock(&lock);
 
  
 
  
 
  
 因为条件变量的等待涉及到解锁和加锁操作，所以都将它放在锁内执行。许多人对条件变量的使用理解的不是很正确，在执行wait操作的过程中先执行了解锁操作，然后阻塞在该条件变量上面，直到某个线程发送信号来激活阻塞的线程。注意：当被阻塞的线程被激活之后它并没有立即往下面执行，而是等待占有锁的线程释放锁，然后再和其他线程共同去争抢锁的使用权，获得锁之后才可以继续往下执行。 
  
 
  
有了以上的理解我们来写一段代码。
 
  
 
  
#include   
#include 
#include 
#include   

#define BUFFER_SIZE 512


pthread_mutex_t lock;  //互斥锁
pthread_cond_t  notempty;  
pthread_cond_t  notfull;  
int buf[BUFFER_SIZE];
int writepos, readpos;
int writenum = 0;
int readnum = 0;
int exit_condition = 0;

//变量初始化  
void init()  
{ 
	pthread_mutex_init(&lock,NULL);  
	pthread_cond_init(¬empty,NULL);  
	pthread_cond_init(¬full,NULL);  
	writepos = 0;
	readpos = 0;
}

//写操作 
void put(int data)  
{ 
	//这个mutex_lock主要是用来保护wait等待临界时期的情况
	pthread_mutex_lock(&lock);  
	while((writepos+1)%BUFFER_SIZE == readpos)  
	{  
		pthread_cond_wait(¬full,&lock);
	}
	writenum++;
	buf[writepos] = data;
	writepos++;  
	if(writepos>=BUFFER_SIZE) 
	  writepos=0;  //缓冲区满，将回到原点
	pthread_cond_signal(¬empty);  
	pthread_mutex_unlock(&lock); 
}

//读操作  
int get()  
{  
	int data;  
	pthread_mutex_lock(&lock);  
	while(writepos == readpos)  
	{  
		pthread_cond_wait(¬empty,&lock);  
	}  
	readnum++;
	data = buf[readpos];//从缓冲区读数据

	readpos++;  
	if(readpos>=BUFFER_SIZE) 
	    readpos=0;  
	pthread_cond_signal(¬full);  
	pthread_mutex_unlock(&lock); 
	return data;  
}

void* producer(void *data)
{
	int i, j;
	for(i = 0; i < 1000; i++){
		for(j = i; j < 1000; j++)
			put(j);
	}
	exit_condition = 1;

	return NULL;
}

void *consumer(void *data)
{
	int local_data;
	while(1) {
		local_data = get();
		if(exit_condition == 1 && readnum == writenum)
		  break;
		printf("%d ", local_data);
	}

	return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	pthread_t produce_id, consumer_id;

        init();
        
        pthread_create(&produce_id, NULL, producer, NULL);
	pthread_create(&consumer_id, NULL, consumer, NULL);
	pthread_join(produce_id,NULL);  
	pthread_join(consumer_id, NULL);  

	return 0;
}
这是一个经典的生产者和消费者的例子，线程producer产生数据写在buf循环缓冲区，线程consumer将buf缓冲区的数据取出来并打印，循环缓冲区节省了空间，多线程提高了效率。这段代码可应用在许多场景之中。 
  
 
  
希望以上的东西对您有用。