利用多线程和信号量，互斥量实现的经典的生产者与消费者模型

多线程并发应用程序有一个经典的模型，即生产者/消费者模型。系统中，产生消息的是生产者，处理消息的是消费者，消费者和生产者通过一个缓冲区进行消息传递。生产者产生消息后提交到缓冲区，然后通知消费者可以从中取出消息进行处理。消费者处理完信息后，通知生产者可以继续提供消息。
要实现这个模型，关键在于消费者和生产者这两个线程进行同步。也就是说：只有缓冲区中有消息时，消费者才能够提取消息；只有消息已被处理，生产者才能产生消息提交到缓冲区。
#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#include <time.h>#include <string.h>// 信号量和缓冲区struct data{sem_t empty;  // 用来控制生产者，只有缓冲区为空，生产者才可以生产消息sem_t full;   // 用来控制消费者，只有缓冲区有数据，才可以消费char buf[32]; // 消息缓冲区};struct data msg;// 生产者线程工作函数void *Produce(void *v){char *buf[] = {"苹果", "梨", "香蕉", "榴莲", "橙子", "西瓜", "芒果", "火龙果"};while (1){// 只有当缓冲区空才能进，生产消息sem_wait(&msg.empty);strcpy(msg.buf, buf[rand()%8]);printf ("放了一个水果： %s\n", msg.buf);int time = rand() % 100 + 1;usleep(time*10000);// 生产完了，通知消费者进行消费sem_post(&msg.full);}}// 消费者线程工作函数void *Consum(void *v){char  buf[32];while (1){// 只有当缓冲区不为空才能进，消费消息sem_wait(&msg.full);strcpy(buf, msg.buf);printf ("吃了一个  %s\n", buf);int time = rand() % 100 + 1;usleep(time*10000);// 消费完了，通知生产则会进行生产sem_post(&msg.empty);}}int main(){srand ((unsigned int)time(NULL));// 初始化信号量sem_init(&msg.empty, 0, 1);  // 生产者，一开始要生产消息sem_init(&msg.full, 0, 0);   // 消费者，一开始要不能消费消息pthread_t produceId;pthread_t consumId;// 创建生产者线程pthread_create(&produceId, NULL, Produce, NULL);// 创建消费者线程pthread_create(&consumId, NULL, Consum, NULL);// 等待线程结束pthread_join(produceId, NULL);pthread_join(consumId, NULL);// 销毁信号量sem_destroy(&msg.empty);sem_destroy(&msg.full);return 0;}

上述消费者/生产者模型比较简单，缓冲区中只能容纳一条消息。生产者每提交一条消息到缓冲区中，就会通知消费者，等消费者取走消息之后才能提交下一条消息。同样，消费者也必须等待生产者提交一条消息后才能进行处理。这种设计的效率是比较低下的。
如果将缓冲区设计为一个先进先出的队列，可以同时容纳多条消息，那么只要缓冲区不满，生产者就可以提交消息；同时，只要缓冲区不空，消费者就可以取出消息进行处理。这将大大提高整个程序的效率。
实现时，可以利用信号量计数的特性，用信号量的值表示缓冲区中消息的个数及空闲空间的个数。但这时由于生产者和消费者可能同时访问缓冲区，故需要再用一个互斥量来进行保护。
#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#include <time.h>#include <string.h>#include "SqQueue.h"// 信号量和缓冲区struct data{sem_t empty;  // 用来控制生产者，只有缓冲区为空，生产者才可以生产消息sem_t full;   // 用来控制消费者，只有缓冲区有数据，才可以消费Queue q;      // 缓冲区队列};struct data msg;// 互斥锁pthread_mutex_t mutex;int num = 0;// 生产者线程工作函数void *Produce(void *v){while (1){int time = rand() % 100 + 1;usleep(time*10000);// 只要队列不满 就能生产消息， empty代表当前队列剩余的空间sem_wait(&msg.empty);pthread_mutex_lock(&mutex);    // 抢锁num++;   // 生产一个消息  // 将消息放入到队列里面EnQueue (&(msg.q), num);printf ("生产一条消息\n");pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁// 生产完了，通知消费者进行消费sem_post(&msg.full);}}// 消费者线程工作函数void *Consum(void *v){char  buf[32];while (1){int time = rand() % 100 + 1;usleep(time*10000);// 只有缓冲区有数据，就能消费消息， full当前队列消息的个数sem_wait(&msg.full);pthread_mutex_lock(&mutex);    // 抢锁int num;DeQueue(&(msg.q), &num);   // 去队列里取出一条消息printf("消费了一条消息: %d\n", num);pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁// 消费完了，通知生产则会进行生产sem_post(&msg.empty);}}int main(){srand ((unsigned int)time(NULL));// 初始化信号量sem_init(&msg.empty, 0, 10); // 生产者，一开始要生产 10 条消息sem_init(&msg.full, 0, 0);   // 消费者，一开始要不能消费消息// 初始化互斥锁pthread_mutex_init(&mutex, NULL);// 初始化队列InitQueue(&(msg.q));pthread_t produceId;pthread_t consumId;int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){// 创建生产者线程pthread_create(&produceId, NULL, Produce, NULL);pthread_detach(produceId);}// 创建消费者线程pthread_create(&consumId, NULL, Consum, NULL);// 等待线程结束pthread_join(consumId, NULL);// 销毁信号量sem_destroy(&msg.empty);sem_destroy(&msg.full);// 销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;}