多线程用互斥锁和条件变量实现生产者和消费者-------循环任务队列

互斥锁与条件变量简介

在多线程的环境中，全局变量会被各线程共享，因此在操作全局变量的时候需要采用锁机制，在linux里最常用的锁就是互斥锁，互斥锁使用方法如下

<pre name="code" class="cpp">//线程Apthread_mutex_lock(&lock);  ...;      //对共享数据操作pthread_mutex_unlock(&lock);

这段代码会包括在每一个试图操作共享变量的线程里面，这样就能实现共享变量（临界资源）的互斥使用。

这样也会遇见一个问题，每个线程在临界资源释放之后都会争夺锁，获得锁的线程会继续执行下去，其他线程都将阻塞在原地直到临界资源被释放后重新争夺锁，这样很容易造成有的线程一直使用锁而有的线程一直抢不到锁，从而造成饿死的现象使程序运行效率十分低下。

为了解决这个问题linux提供了条件变量来使线程之间同步。

条件变量的使用方法如下

<pre name="code" class="cpp">//线程A pthread_mutex_lock(&lock); if(超前) pthread_cond_wait(&不超前,&lock); ...; //对共享数据操作 pthread_mutex_unlock(&lock);//线程B pthread_mutex_lock(&lock); if(A不超前) pthread_cond_signal(不超前); ...; //对共享数据操作 pthread_mutex_unlock(&lock);

因为条件变量的等待涉及到解锁和加锁操作，所以都将它放在锁内执行。许多人对条件变量的使用理解的不是很正确，在执行wait操作的过程中先执行了解锁操作，然后阻塞在该条件变量上面，直到某个线程发送信号来激活阻塞的线程。注意：当被阻塞的线程被激活之后它并没有立即往下面执行，而是等待占有锁的线程释放锁，然后再和其他线程共同去争抢锁的使用权，获得锁之后才可以继续往下执行。

有了以上的理解我们来写一段代码。

#include <stdio.h>  #include <string.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>  #define BUFFER_SIZE 512pthread_mutex_t lock;  //互斥锁pthread_cond_t  notempty;  pthread_cond_t  notfull;  int buf[BUFFER_SIZE];int writepos, readpos;int writenum = 0;int readnum = 0;int exit_condition = 0;//变量初始化  void init()  { pthread_mutex_init(&lock,NULL);  pthread_cond_init(¬empty,NULL);  pthread_cond_init(¬full,NULL);  writepos = 0;readpos = 0;}//写操作 void put(int data)  { //这个mutex_lock主要是用来保护wait等待临界时期的情况pthread_mutex_lock(&lock);  while((writepos+1)%BUFFER_SIZE == readpos)  {  pthread_cond_wait(¬full,&lock);}writenum++;buf[writepos] = data;writepos++;  if(writepos>=BUFFER_SIZE)   writepos=0;  //缓冲区满，将回到原点pthread_cond_signal(¬empty);  pthread_mutex_unlock(&lock); }//读操作  int get()  {  int data;  pthread_mutex_lock(&lock);  while(writepos == readpos)  {  pthread_cond_wait(¬empty,&lock);  }  readnum++;data = buf[readpos];//从缓冲区读数据readpos++;  if(readpos>=BUFFER_SIZE)     readpos=0;  pthread_cond_signal(¬full);  pthread_mutex_unlock(&lock); return data;  }void* producer(void *data){int i, j;for(i = 0; i < 1000; i++){for(j = i; j < 1000; j++)put(j);}exit_condition = 1;return NULL;}void *consumer(void *data){int local_data;while(1) {local_data = get();if(exit_condition == 1 && readnum == writenum)  break;printf("%d ", local_data);}return NULL;}int main(int argc, char *argv[]){pthread_t produce_id, consumer_id;        init();                pthread_create(&produce_id, NULL, producer, NULL);pthread_create(&consumer_id, NULL, consumer, NULL);pthread_join(produce_id,NULL);  pthread_join(consumer_id, NULL);  return 0;}

这是一个经典的生产者和消费者的例子，线程producer产生数据写在buf循环缓冲区，线程consumer将buf缓冲区的数据取出来并打印，循环缓冲区节省了空间，多线程提高了效率。这段代码可应用在许多场景之中。

希望以上的东西对您有用。