使用互斥锁解决生产者与消费者问题

互斥锁:上锁与解锁

互斥锁指代相互排斥，是最基本的同步形式，它可用于保护临界取，以保证任何时刻只有一个线程在执行其中的代码。它可以用来同步一个进程内的各个线程。如果互斥锁存放在多个进程间共享的某个内存区中，它也可以用于这些进程间的同步。它实际上保护的是临界区中被操纵的数据，也就是保护由多个线程或多个进程分享的共享数据

使用方法

lock_the_mutex(...)

临界区

unlock_the_mutex(,,,)

在Posix中，互斥锁声明为具有pthread_mutex_t数据类型的变量

相关函数

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr) //动态创建

int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t * mutex)   //销毁互斥量

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t  *mutex);    //上锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t  *mutex);  //非阻塞解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t  *mutex);  //阻塞解锁

如果尝试给一个已由某个线程锁住的互斥锁上锁，那么pthread_mutex_lock将阻塞到该互斥锁解锁为止。pthread_mutex_trylock是对应的非阻塞函数。如果该互斥锁已锁住。它就返回一个EBUSY错误

解决生产者与消费者问题

 多个生产者一个消费者，如下图

整数数组buff含有被生产和消费的条目(也就是共享数据)，buff数据从0开始递增

线程间的共享的全局变量

设置并发线程级别

 调用pthread_setconcurrency，当我们希望多个生产者线程中每一个都有执行机会时，这个函数是必须的

命令行参数

 第一个命令行参数指定生产者存放的条目数，下一个参数指定创建生产者线程的数目

具体实现代码

#include <pthread.h>#include <sys/types.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MAXNITEMS  10000#define MAXNTHREADS 20int nitems;    //read-only by producer and consumerstruct {pthread_mutex_t  mutex;int buff[MAXNITEMS];int nput;int nval;}shared =        //initialized staticly{PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER};void *producer(void *);void *consumer(void *);int min(int a, int b) { return a<b ? a : b; }int main(int argc, char *argv[]){int i, nthreads, count[MAXNTHREADS];pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume;if(argc!=3){printf("usage: ProCon <#items> <#threads>");exit(1);}nitems = min(atoi(argv[1]), MAXNITEMS);nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);pthread_setconcurrency(nthreads);for(i=0; i<nthreads; i++){count[i] = 0;pthread_create(&tid_produce[i], NULL, producer, &count[i]);}//wait for all the producer threadsfor(i=0; i<nthreads; i++){pthread_join(tid_produce[i], NULL);printf("count[%d] = %d\n", i, count[i]);}//start, then wait for the consumer threadpthread_create(&tid_consume, NULL, consumer, NULL);pthread_join(tid_consume, NULL);return 0;}void *producer(void * arg){for(; ; ){pthread_mutex_lock(&shared.mutex);if(shared.nput >= nitems){pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);return (NULL);//array is full, we're done}shared.buff[shared.nput] = shared.nval;shared.nput++;shared.nval++;pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);*((int *)arg) += 1;}}void *consumer(void *arg){int i;for(i=0; i<nitems; i++){if(shared.buff[i]!=i){printf("buff[%d] = %d\n", i, shared.buff[i]);}}return NULL;}

代码解释

  39-42行用来创建消费者线程，每个线程执行producer函数，在tid_produce数组中保存每个线程的线程ID。等待所有生产者线程结束后，再启动消费者线程。在生产者线程结束的同时输出每个线程的计数值，即线程的执行次数。

注意：count元素的增加不属于临界区，因为每个线程有各自的计数器。

运行结果如下

如果去掉互斥锁的话，结果就会输出buff的错误值(当items比较大小)，

我在ubuntu上的测试结果 ./ProCon 400 5

 注：该博文为<<unix网络编程 --卷二>>读书笔记