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Linux组件封装（五）一个生产者消费者问题示例
生产者消费者问题是计算机中一类重要的模型，主要描述的是：生产者往缓冲区中放入产品、消费者取走产品。生产者和消费者指的可以是线程也可以是进程。
生产者消费者问题的难点在于：
为了缓冲区数据的安全性，一次只允许一个线程进入缓冲区，它就是所谓的临界资源。
生产者往缓冲区放物品时，如果缓冲区已满，那么需要等待，一直到消费者取走产品为止。
消费者取走产品时，如果没有物品，需要等待，一直到有生产者放入为止。
第一个问题属于互斥问题，我们需要使用一把互斥锁，来实现对缓冲区的安全访问。
后两个属于同步问题，两类线程相互协作，需要两个条件变量，一个用于通知生产者放入产品，一个用来通知消费者取走物品。
生产者线程的大概流程是：
1.加锁
2.如果缓冲区已满，则等待。
3.放入物品
4.解锁
5.通知消费者，可以取走产品
消费者的逻辑恰好相反：
1.加锁
2.缓冲区为空，等待
3.取走物品
4.解锁
5.通知生产者，可以放入物品
我们设计出一个缓冲区：
#ifndef BUFFER_H_#define BUFFER_H_#include "NonCopyable.h"#include "MutexLock.h"#include "Condition.h"#include <queue>class Buffer : NonCopyable{public: Buffer(size_t size); void push(int val); int pop(); bool empty() const; size_t size() const;private: mutable MutexLock mutex_; Condition full_; Condition empty_; size_t size_; //缓冲区的大小 std::queue<int> queue_;};#endif //BUFFER_H_
这里注意，我们把同步与互斥的操作都放入Buffer中，使得生产者和消费者线程不必考虑其中细节，这符号软件设计的“高内聚、低耦合”原则。
还有一点，mutex被声明为mutable类型，意味着mutex在const函数中仍然可以被改变，这是符合程序的逻辑的。把mutex声明为mutable，是一种标准实践。
重点是push和pop的实现：
void Buffer::push(int val){ //lock //wait //push //notify //lock { MutexLockGuard lock(mutex_); while(queue_.size() >= size_) empty_.wait(); queue_.push(val); } full_.notify();}int Buffer::pop(){ int temp = 0; { MutexLockGuard lock(mutex_); while(queue_.empty()) full_.wait(); temp = queue_.front(); queue_.pop(); } empty_.notify(); return temp;}
这里注意：
1.条件变量的等待必须使用while，这是一种最佳实践，原因可见Condition的封装Linux组件封装（二）中条件变量Condition的封装。
2.可以先notify再解锁，也可以先解锁。不过推荐先解锁，原因是如果先notify，唤醒一个线程B，但是还未解锁，此时如果线程切换至刚唤醒的线程B，B马上尝试lock，但是肯定失败，然后阻塞，这增加了一次线程切换的开销。
我们还可以继续封装，将缓冲区与多个生产者、消费者封装成一个车间类，如下：
#ifndef WORKSHOP_H_#define WORKSHOP_H_#include "NonCopyable.h"#include "Buffer.h"#include <vector>class ProducerThread;class ConsumerThread;class WorkShop : NonCopyable{public: WorkShop(size_t bufferSize, size_t producerSize, size_t consumerSize); ~WorkShop(); void startWorking();private: size_t bufferSize_; Buffer buffer_; size_t producerSize_; size_t consumerSize_; std::vector<ProducerThread*> producers_; std::vector<ConsumerThread*> consumers_;};#endif //WORKSHOP_H_
这样就可以方便的指定线程的数目。
完整的项目代码请参见这里：生产者消费者完整代码
Linux组件封装（五）一个生产者消费者问题示例