生产者-消费者模型
来源:互联网 发布:淘宝哪家店衣服好看 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 03:27
一、生产者-消费者模型是指:
1. 生产者进行生产将物品放入仓库,同一时间只能有一个生产者将物品放入仓库,如果仓库满,生产者等待。
2. 消费者从仓库中取出物品,同一时间只能有一个消费者取出物品,如果仓库空,消费者等待;
3. 生产者将物品放入仓库时消费者不能同时取;
4. 消费者取物品时生产者不能放入物品;
二、生产者/消费者模型的优点
1、解耦,即降低生产者和消费者之间的依赖关系。
例如写信的例子,如果不使用邮筒(也就是缓区),你必须得把信直接交给邮递员。有同学会说,直接给邮递员不是挺简单的嘛?其实不简单,你必须得认识谁是邮递员,才能把信给他(光凭身上穿的制服,万一有人假冒,就惨了 )。这就产生和你和邮递员之间的依赖(相当于生产者和消费者的强耦合)。万一哪天邮递员换人了,你还要重新认识一下(相当于消费者变化导致修改生产者代码)。而邮筒相对来说比较固定,你依赖它的成本就比较低(相当于和缓冲区之间的弱耦合)。
2、支持并发,即生产者和消费者可以是两个独立的并发主体,互不干扰的运行。
从寄信的例子来看。如果没有邮筒,你得拿着信傻站在路口等邮递员过来收(相当于生产者阻塞);又或者邮递员得挨家挨户问,谁要寄信(相当于消费者轮询)。不管是哪种方法,效率都比较低。
3、支持忙闲不均,如果制造数据的速度时快时慢,缓冲区可以对其进行适当缓冲。当数据制造快的时候,消费者来不及处理,未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。等生产者的制造速度慢下来,消费者再慢慢处理掉。
为了充分复用,我们再拿寄信的例子来说事。假设邮递员一次只能带走1000封信。万一某次碰上情人节(也可能是圣诞节)送贺卡,需要寄出去的信超过1000封,这时候邮筒这个缓冲区就派上用场了。邮递员把来不及带走的信暂存在邮筒中,等下次过来时再拿走。
三、生产者/消费者模型的记忆原则
为了方便记忆,我对其进行了如下总结:
三二一原则:三种关系、两个角色、一个场所
三种关系:
1生产者与生产者(互斥)
2生产者与消费者(同步与互斥)
3消费者与消费者(互斥)
两个角色:
1生产者
2消费者
一个场所:
1缓冲区
四、互斥与同步
互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的。
同步:是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源,如“第一类读写者模型”。
五、生产者群体或消费者群体内部是互斥的,两个群体之间是同步的。
当只有一个生产者、消费者时,由于同一群体内部不需要互斥,所以只需在群体之间实 现同步即可
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #define N 2 // 消费者或者生产者的数目 #define M 10 // 缓冲数目 int in = 0; // 生产者放置产品的位置 int out = 0; // 消费者取产品的位置 int buff[M] = {0}; // 缓冲初始化为0, 开始时没有产品 sem_t empty_sem; // 同步信号量, 当满了时阻止生产者放产品 sem_t full_sem; // 同步信号量, 当没产品时阻止消费者消费 pthread_mutex_t mutex; // 互斥信号量, 一次只有一个线程访问缓冲 int product_id = 0; //生产者id int prochase_id = 0; //消费者id /* 打印缓冲情况 */ void print() { int i; for(i = 0; i < M; i++) printf("%d ", buff[i]); printf("/n"); } /* 生产者方法 */ void *product() { int id = ++product_id; while(1) { // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度,便于观察 sleep(1); //sleep(1); sem_wait(&empty_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); in = in % M; printf("product%d in %d. like: /t", id, in); buff[in] = 1; print(); ++in; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&full_sem); } } /* 消费者方法 */ void *prochase() { int id = ++prochase_id; while(1) { // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度,便于观察 sleep(1); //sleep(1); sem_wait(&full_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); out = out % M; printf("prochase%d in %d. like: /t", id, out); buff[out] = 0; print(); ++out; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&empty_sem); } } int main() { pthread_t id1[N]; pthread_t id2[N]; int i; int ret[N]; // 初始化同步信号量 int ini1 = sem_init(&empty_sem, 0, M); int ini2 = sem_init(&full_sem, 0, 0); if(ini1 && ini2 != 0) { printf("sem init failed /n"); exit(1); } //初始化互斥信号量 int ini3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL); if(ini3 != 0) { printf("mutex init failed /n"); exit(1); } // 创建N个生产者线程 for(i = 0; i < N; i++) { ret[i] = pthread_create(&id1[i], NULL, product, (void *)(&i)); if(ret[i] != 0) { printf("product%d creation failed /n", i); exit(1); } } //创建N个消费者线程 for(i = 0; i < N; i++) { ret[i] = pthread_create(&id2[i], NULL, prochase, NULL); if(ret[i] != 0) { printf("prochase%d creation failed /n", i); exit(1); } } //销毁线程 for(i = 0; i < N; i++) { pthread_join(id1[i],NULL); pthread_join(id2[i],NULL); } exit(0); }
在多个消费者和一个消费者的不同就是是否需要互斥锁。
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