生产者-消费者问题实现 (windows)

生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题，该问题最早由Dijkstra提出，用以演示他提出的信号量机制。在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。


#include   <windows.h>
#include   <iostream>

const   unsigned   short   SIZE_OF_BUFFER   =   10;   //缓冲区长度
unsigned   short   ProductID   =   0;         //产品号
unsigned   short   ConsumeID   =   0;         //将被消耗的产品号
unsigned   short   in   =   0;             //产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned   short   out   =   0;             //产品出缓冲区时的缓冲区下标

int   g_buffer[SIZE_OF_BUFFER];         //缓冲区是个循环队列
bool   g_continue   =   true;             //控制程序结束
HANDLE   g_hMutex;               //用于线程间的互斥
HANDLE   g_hFullSemaphore;           //当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLE   g_hEmptySemaphore;           //当缓冲区空时迫使消费者等待

DWORD   WINAPI   Producer(LPVOID);         //生产者线程
DWORD   WINAPI   Consumer(LPVOID);         //消费者线程

int   main()
{
        //创建各个互斥信号
        g_hMutex   =   CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
        g_hFullSemaphore   =   CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
        g_hEmptySemaphore   =   CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);

        //调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
        //生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待  
        const   unsigned   short   PRODUCERS_COUNT   =   3;     //生产者的个数
        const   unsigned   short   CONSUMERS_COUNT   =   1;     //消费者的个数

        //总的线程数
        const   unsigned   short   THREADS_COUNT   =   PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;

        HANDLE   hThreads[PRODUCERS_COUNT];   //各线程的handle
        DWORD   producerID[CONSUMERS_COUNT];   //生产者线程的标识符
        DWORD   consumerID[THREADS_COUNT];   //消费者线程的标识符

        //创建生产者线程
        for   (int   i=0;i <PRODUCERS_COUNT;++i){
                hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);
                if   (hThreads[i]==NULL)   return   -1;
        }
        //创建消费者线程
        for   (int   i=0;i <CONSUMERS_COUNT;++i){
                hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);
                if   (hThreads[i]==NULL)   return   -1;
        }

        while(g_continue){
                if(getchar()){   //按回车后终止程序运行
                        g_continue   =   false;
                }
        }

        return   0;
}

//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号
void   Produce()
{
        std::cerr   < <   "Producing   "   < <   ++ProductID   < <   "   ...   ";
        std::cerr   < <   "Succeed "   < <   std::endl;
}

//把新生产的产品放入缓冲区
void   Append()
{
        std::cerr   < <   "Appending   a   product   ...   ";
        g_buffer[in]   =   ProductID;
        in   =   (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;
        std::cerr   < <   "Succeed "   < <   std::endl;

        //输出缓冲区当前的状态
        for   (int   i=0;i <SIZE_OF_BUFFER;++i){
                std::cout   < <   i   < < ":   "   < <   g_buffer[i];
                if   (i==in)   std::cout   < <   "   <--   生产 ";
                if   (i==out)   std::cout   < <   "   <--   消费 ";
                std::cout   < <   std::endl;
        }
}

//从缓冲区中取出一个产品
void   Take()
{
        std::cerr   < <   "Taking   a   product   ...   ";
        ConsumeID   =   g_buffer[out];
        out   =   (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;
        std::cerr   < <   "Succeed "   < <   std::endl;

        //输出缓冲区当前的状态
        for   (int   i=0;i <SIZE_OF_BUFFER;++i){
                std::cout   < <   i   < < ":   "   < <   g_buffer[i];
                if   (i==in)   std::cout   < <   "   <--   生产 ";
                if   (i==out)   std::cout   < <   "   <--   消费 ";
                std::cout   < <   std::endl;
        }
}

//消耗一个产品
void   Consume()
{
        std::cerr   < <   "Consuming   "   < <   ConsumeID   < <   "   ...   ";
        std::cerr   < <   "Succeed "   < <   std::endl;
}

//生产者
DWORD     WINAPI   Producer(LPVOID   lpPara)
{
        while(g_continue){
                WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);
                WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
                Produce();
                Append();
                Sleep(1500);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
                ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);
        }
        return   0;
}

//消费者
DWORD     WINAPI   Consumer(LPVOID   lpPara)
{
        while(g_continue){
                WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);
                WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
                Take();
                Consume();
                Sleep(1500);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
                ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);
        }
        return   0;
}