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C++11 生产者消费者

2024-07-17 06:26:18   214人阅读

下面是一个生产者消费者问题，来介绍condition_variable的用法。当线程间的共享数据发生变化的时候，可以通过condition_variable来通知其他的线程。消费者wait 直到生产者通知其状态发生改变，Condition_variable是使用方法如下：

·当持有锁之后，线程调用wait

·wait解开持有的互斥锁(mutex)，阻塞本线程，并将自己加入到唤醒队列中

·当收到通知（notification），该线程从阻塞中恢复，并加入互斥锁队列（mutex queue）

 线程被唤醒之后继续持有锁运行。

 

Condition variable有两种类型：condition_variable 和 condition_variable_any，前一种效率更高，但是使用不够灵活，只支持std::unique_lock<std::mutex>类型的互斥锁；后一种比较灵活，支持所有类型的锁，但是效率稍微低一些。

有一点需要注意的是使用condition variable进行通信的线程，condition variable 需要使用相同的互斥信号量（mutex）。

下面来看例子：（当按下回车键之后停止）

#include <thread>#include <iostream>#include <mutex>#include <queue>#include <condition_variable>#include <atomic>using namespace std;int main(){    mutex lockBuffer; //申明互斥信号量    volatile bool ArretDemande = false; //使生产、消费过程的结束    queue<long> buffer;           condition_variable_any cndNotifierConsommateurs;//condition variable    condition_variable_any cndNotifierProducteur;        thread ThreadProducteur([&]()//生产者线程    {               std::atomic<long> interlock;//对interlock的操作将是原子的        interlock=1;           while(true)        {                               std::this_thread::sleep_for (chrono::milliseconds (15));                               long element=interlock.fetch_add (1);//【1】                lockBuffer.lock ();                while(buffer.size()==10 && ArretDemande ==false)                {                                       cndNotifierProducteur.wait (lockBuffer);//【2】                }                if (ArretDemande==true)                {                                       lockBuffer.unlock ();                    cndNotifierConsommateurs.notify_one ();//【3】                    break;                }                buffer.push(element);                cout << "Production unlement :" << element << " size :" << buffer.size() << endl;                lockBuffer.unlock ();                cndNotifierConsommateurs.notify_one ();        }    } );
    thread ThreadConsommateur([&]()    {              while(true)            {                               lockBuffer.lock ();                while(buffer.empty () && ArretDemande==false)                {                                       cndNotifierConsommateurs.wait(lockBuffer);                }                if (ArretDemande==true && buffer.empty ())                {                    lockBuffer.unlock();                    cndNotifierProducteur.notify_one ();                    break;                }                long element=buffer.front();                buffer.pop ();                cout << "Consommation element :" << element << " size :" << buffer.size() << endl;                lockBuffer.unlock ();                cndNotifierProducteur.notify_one ();            }               } );    std::cout << "Pour arreter pressez [ENTREZ]" << std::endl;    getchar();    std::cout << "Arret demande" << endl    ArretDemande=true;    ThreadProducteur.join();    ThreadConsommateur.join();    cout<<"Main Thread"<<endl;    return 0;}

 

运行结果：

对程序进行一下说明，程序中有三个线程，主线程、生产者线程、消费者线程，三个线程之间乱序执行，通过一些全局变量来控制他们的执行顺序。主线程的作用是控制生产消费过程是否结束，当程序运行之后，主线程通过getchar()接收一个输入，接收到输入后会将ArretDemande设置为true，另外两个线程会终止。生产者线程将生产出来的数据放在一个queue类型的buffer中，并解锁，通知消费之线程，buffer中最多“能”存10个数据，如果buffer中已经有10个数据还没有被取走，则会通知消费者线程“消费”，如果ArretDmande被置位，则打开锁，并通知消费之线程。消费者线程主要是将buffer中的数据取出来，当buffer为空的时候阻塞自己，并通知生产者线程，当ArretDemande被置位，且已经消费完产品则解锁，并通知生产者线程。需要注意的是需要通信的生产者和消费者这两个线程通过condition variable来实现通信，必须操作同一个mutex，这里是lockbuffer，并且每次Notify都会打开当前锁。

程序中对interlock进行的操作是原子的，interlock.fet_add(N),效果是将interlock加N，然后返回interlock在加N之前的值，atomic类型是通过一定的内存顺序规则来实现这个过程的。

虽然conditon_variable 只能支持std::unique_lock<std::mutex>类型的互斥锁,但是在大部分情况下已经够用，而且使用std::unique_lock<std::mutex>会比较简单，因为std::unique_lock<std::mutex>在声明的时候就会初始化，在生命周期结束之后就会自动解锁，因此我们不用太花精力来考虑什么时候解锁。我们来看看下面这段程序：

#include <condition_variable>#include <mutex>#include <thread>#include <iostream>#include <queue>#include <chrono> int main(){    std::queue<int> produced_nums;    std::mutex m;;    std::condition_variable cond_var;    bool done = false;    bool notified = false;     std::thread producer([&]() {        for ( int i = 0; i < 5; ++i) {            std::this_thread::sleep_for(std::chrono:: seconds(1));            std:: unique_lock<std::mutex > lock(m);  //May lock mutex after construction, unlock before destruction.            std::cout << "producing " << i << ‘\n‘ ;            produced_nums.push(i);            notified = true;
　　　　　　  cond_var.notify_one();        }           done = true;        cond_var.notify_one();    });    //cond_var.notify_one();    std::thread consumer([&]() {        while (!done) {            std:: unique_lock<std::mutex > lock(m);            while (!notified) {  // loop to avoid spurious wakeups                cond_var.wait(lock);            }              while (!produced_nums.empty()) {                std::cout << "consuming " << produced_nums.front() << ‘\n‘;                produced_nums.pop();            }              notified = false;        }      });     producer.join();    consumer.join();        return 0;}

 运行结果：

C:\Windows\system32\cmd.exe /c producer_consumer.exe
producing 0
consuming 0
producing 1
consuming 1
producing 2
consuming 2
producing 3
consuming 3
producing 4
consuming 4
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更新：2012年8月4日16:53:25


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