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多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据

2024-08-18 01:54:15   220人阅读

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在《秒杀多线程系列》的前十五篇中介绍多线程的相关概念，多线程同步互斥问题《秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题》及解决多线程同步互斥的常用方法——关键段、事件、互斥量、信号量、读写锁。为了让大家更加熟练运用多线程，将会有十篇文章来讲解十个多线程使用案例，相信看完这十篇后会让你能更加游刃有余的使用多线程。

首先来看第一篇——《秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据》

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例描述：

MFC对话框中一个按钮的响应函数实现两个功能：
显示数据同时处理数据，因此开两个线程，一个线程显示数据（开了一个定时器，响应WM_TIMER消息按照一定时间间隔向TeeChart图表添加数据并显示）同时在队列队尾添加数据，另一个线程从该队列队头去数据来处理。

本案例来源于http://bbs.csdn.NET/topics/390383114，感谢hehening88提供题目，特此鸣谢。

下面就来解决这个案例。先来分析下。

 

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例分析：

这个案例是一个线程向队列中的队列头部读取数据，一个线程向队列中的队列尾部写入数据。看起来很像读者写者问题（见《秒杀多线程第十一篇读者写者问题》和《秒杀多线程第十四篇读者写者问题继读写锁SRWLock》），但其实不然，如果将队列看成缓冲区，这个案例明显是个生产者消费者问题（见《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》）。因此我们仿照生产者消费者的思路来具体分析下案例中的“等待”情况：

    1.     当队列为空时，读取数据线程必须等待写入数据向队列中写入数据。也就是说当队列为空时，读取数据线程要等待队列中有数据。

    2.     当队列满时，写入数据线程必须等待读取数据线程向队列中读取数据。也就是说当队列满时，写入数据线程要等待队列中有空位。

在访问队列时，需要互斥吗？这将依赖于队列的数据结构实现，如果使用STL中的vector，由于vector会动态增长。因此要做互斥保护。如果使用循环队列，那么读取数据线程拥有读取指针，写入数据线程拥有写入指针，各自将访问队列中不同位置上的数据，因此不用进行互斥保护。

分析完毕后，再来考虑使用什么样的数据结构，同样依照《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》中的做法。使用两个信号量，一个来记录循环队列中空位的个数，一个来记录循环队列中产品的个数（非空位个数）。代码非常容易写出，下面给出完整的源代码。

代码中的信号量相关函数可以参考《秒杀多线程第八篇经典线程同步信号量Semaphore》，代码中的SetConsoleColor是用来改变控制台的文字颜色，具体可以参考《VC 控制台颜色设置》。

 

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》完整代码：

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  1. //秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据  
  2. //http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902  
  3. #include <stdio.h>  
  4. #include <process.h>  
  5. #include <windows.h>  
  6. #include <time.h>  
  7. const int QUEUE_LEN = 5;  
  8. int g_arrDataQueue[QUEUE_LEN];  
  9. int g_i, g_j, g_nDataNum;  
  10. //关键段 用于保证互斥的在屏幕上输出  
  11. CRITICAL_SECTION g_cs;  
  12. //信号量 g_hEmpty表示队列中空位 g_hFull表示队列中非空位  
  13. HANDLE     g_hEmpty, g_hFull;  
  14. //设置控制台输出颜色  
  15. BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes)  
  16. {  
  17.     HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);  
  18.     if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)  
  19.         return FALSE;     
  20.     return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);  
  21. }  
  22. //读数据线程函数  
  23. unsigned int __stdcall ReaderThreadFun(PVOID pM)  
  24. {  
  25.     int nData = 0;  
  26.     while (nData < 20)  
  27.     {  
  28.         WaitForSingleObject(g_hFull, INFINITE);  
  29.         nData = g_arrDataQueue[g_i];  
  30.         g_i = (g_i + 1) % QUEUE_LEN;  
  31.         EnterCriticalSection(&g_cs);  
  32.         printf("从队列中读数据%d\n", nData);  
  33.         LeaveCriticalSection(&g_cs);  
  34.         Sleep(rand() % 300);  
  35.         ReleaseSemaphore(g_hEmpty, 1, NULL);  
  36.     }  
  37.     return 0;  
  38. }  
  39. //写数据线程函数  
  40. unsigned int __stdcall WriterThreadFun(PVOID pM)  
  41. {  
  42.     int nData = 0;  
  43.     while (nData < 20)  
  44.     {  
  45.         WaitForSingleObject(g_hEmpty, INFINITE);  
  46.         g_arrDataQueue[g_j] = ++nData;                            //注意这里   nData++; 和 ++nData的区别  导致最后一个数读不出来
  47.         g_j = (g_j + 1) % QUEUE_LEN;  
  48.         EnterCriticalSection(&g_cs);  
  49.         SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);  
  50.         printf("    将数据%d写入队列\n", nData);  
  51.         SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);  
  52.         LeaveCriticalSection(&g_cs);  
  53.         Sleep(rand() % 300);  
  54.         ReleaseSemaphore(g_hFull, 1, NULL);  
  55.     }  
  56.     return 0;  
  57. }  
  58. int main()  
  59. {  
  60.     printf("     秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例 双线程读写队列数据\n");  
  61.     printf(" - by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902 ) -\n\n");  
  62.       
  63.     InitializeCriticalSection(&g_cs);  
  64.     g_hEmpty = CreateSemaphore(NULL, QUEUE_LEN, QUEUE_LEN, NULL);  
  65.     g_hFull = CreateSemaphore(NULL, 0, QUEUE_LEN, NULL);  
  66.       
  67.     srand(time(NULL));  
  68.     g_i = g_j = 0;  
  69.     HANDLE hThread[2];  
  70.     hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ReaderThreadFun, NULL, 0, NULL);  
  71.     hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, WriterThreadFun, NULL, 0, NULL);  
  72.       
  73.     WaitForMultipleObjects(2, hThread, TRUE, INFINITE);  
  74.       
  75.     for (int i = 0; i < 2; i++)  
  76.         CloseHandle(hThread[i]);  
  77.     CloseHandle(g_hEmpty);  
  78.     CloseHandle(g_hFull);  
  79.     DeleteCriticalSection(&g_cs);  
  80.     return 0;  
  81. }  

 

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》运行结果：

程序运行结果如下：

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