C++ 使用条件变量实现生产者和消费者模式

背景

在 C++ 中使用一个可调用对象构造一个 std::thread 对象，即可创建一个线程；使用互斥量 std::mutex 来确保多个线程对共享数据的读写操作的同步问题；使用 std::condition_variable 来解决线程执行顺序的同步问题。

生产者和消费者模式

在 C++ 中可以使用 std::condition_variable 来实现生产者和消费者模式：生产者在缓冲区未满时不断添加数据，并唤醒消费者进行数据读取；消费者在缓存区为空时阻塞等待生产者的唤醒，并在读取数据后唤醒等待的生产者可以继续添加数据。

代码示例

#include "thread"
#include "iostream"
#include "queue"
#include "condition_variable"
#include 
​
using namespace std;
class ProducerAndConsumerDemo
{
public:
  void producerNumber();//生产数据
  void consumerNumber();//消费数据
private:
  const int dataSize = 1000;//总数据量
  queue<int> listBuffer;//数据缓存区
  const int bufferSize = 10;//缓存区大小
  condition_variable bufferNotEmpty;//信号量--缓存区有数据了
  condition_variable bufferNotFull;//信号量--缓存区不满了
  mutex m_mutex;//互斥量
};
void ProducerAndConsumerDemo::producerNumber()
{
  for (int i = 0; i < dataSize; ++i)
  {
    {
      unique_lock<mutex> locker(m_mutex);
      bufferNotFull.wait(locker, [&]() { return listBuffer.size() < bufferSize; });//缓存区满了则阻塞
      listBuffer.push(i);
      cout << "生产者---生产了数字：" << i << ",当前 bufferSize:" << listBuffer.size() << endl;
    }//解锁互斥量
    bufferNotEmpty.notify_one();
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1000));//模拟生产耗时
  }
}
void ProducerAndConsumerDemo::consumerNumber()
{
  while (true)
  {
    {
      unique_lock<mutex> locker(m_mutex);
      bufferNotEmpty.wait(locker, [&]() {return listBuffer.size() > 0; });//缓冲区为空则阻塞
      int i = listBuffer.front(); listBuffer.pop();
      cout << "消费者---消费了数字：" << i << ",当前 bufferSize:" << listBuffer.size() << endl;
    }//解锁互斥量
    bufferNotFull.notify_one();
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2000));//模拟消费耗时
  }
}
​
int main()
{
  ProducerAndConsumerDemo pcDemo;
  thread consumerThread(&ProducerAndConsumerDemo::producerNumber,&pcDemo);
  thread producerThread(&ProducerAndConsumerDemo::consumerNumber, &pcDemo);
  
  producerThread.join();
  consumerThread.join();
​
  system("pause");
    return 0;
}

执行结果如下：