生产者、消费者模型
2017-06-14 13:52
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linux中当两个线程要访问同一块临界区域时,比如一个读进程,一个写进程,一个在临界区域写数据,另一个在临界区域读数据,被访问的这块临界区域通常叫缓冲区,而往这块缓冲区里写数据的叫生产者,在这块缓冲区里读数据的叫消费者。
要实现消费者与生产者的关系,要满足一个原则,就是“321“原则。
3代表的是有三个关系:3种关系:生产者与生产者的关系、消费者与消费者的关系、生产者与消费 者的关系
2代表的是两种角色:生产者、消费者
1就是一个交易场所:缓冲区
其中生产者与生产者存在互斥关系、消费者与消费者之间存在互斥关系、生产者与消费者之间存在同步与互斥关系。
关系如下图
为什么不让生产者直接调用消费者的某个函数,直接把数据传递过去?搞出这么⼀一个缓冲区呢?
1、解耦
假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法,那么生产者对于消费者就会产⽣生依赖(也就是耦合)。将来如果消费者的代码发生变化,可能会影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区,两者之间不直接依赖,耦合也就相应降低了。
支持并发(concurrency)
生产者直接调用消费者的某个方法,还有另一个弊端。由于函数调用是同步的(或者叫阻塞的),在消费者的方法没有返回之前,生产者只好一直等在那边。万一消费者处理数据很慢,生产者就会白白糟蹋大好时光。使用了生产者/消费者模式之后,生产者和消费者可以是两个独立的并发主体(常见并发类型有进程和线程两种,后⾯面的帖⼦子会讲两种并发类型下的应⽤用)。生产者把制造出来的数据往缓冲区一丢,就可以再去生产下一个数据。基本上不用依赖消费者的处理速度。
支持忙闲不均
缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢,缓冲区的好处就体现出来了。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。
思考一下,如果生产者往缓冲区里生产了一部分数据时,消费者就来直接读取了,那么消费者读到的数据和生产者生产的数据其实不是一个,也就是说生产者与消费者之间没有互斥的制约,所以就必须引入互斥机制,即互斥锁。
单链表里用生产者与消费者模型来实现
#include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> typedef struct Node { int data; struct Node * next; }Node,*Node_p,**Node_pp; Node_p CreatNode(int data) { Node_p _n=(Node_p)malloc(sizeof(Node)); if(_n==NULL) { return NULL; } _n->data=data; _n->next=NULL; return _n; } void Init(Node_pp list) { *list=CreatNode(0); } void PushFront(Node_p list ,int data) { assert(list); Node_p _n=CreatNode(data); if(_n==NULL) { perror("Push"); return; } _n->next=list->next; list->next=_n; } void del_Node(Node_p del) { assert(del); free(del); } void PopFront(Node_p list,int *data) { if(!isEmpty(list)) { Node_p del=list->next; list->next=del->next; *data=del->data; del_Node(del); } else { printf("list Empty\n"); } } int isEmpty(Node_p list) { assert(list); if(list->next==NULL) return 1; else return 0; } void destroy(Node_p list) { int data; assert(list); while(!isEmpty(list)) { PopFront(list,&data); } del_Node(list); } void ShowList(Node_p list) { assert(list); Node_p cur=list->next; while(cur->next) { printf("%d->",cur->data); cur=cur->next; } printf("\n"); } Node_p list=NULL; pthread_mutex_t mylock= PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t mycond=PTHREAD_COND_INITIALIZER; void * Consumer(void *arg) { int data=0; while(1) { pthread_mutex_lock(&mylock); while(isEmpty(list)) { pthread_cond_wait(&mycond,&mylock); } PopFront(list,&data); pthread_mutex_unlock(&mylock); printf("consumer:%d\n",data); } return NULL; } void * Producer(void *arg) { int data=0; while(1) { usleep(1000000); data=rand()%1000; pthread_mutex_lock(&mylock); PushFront(list,data); pthread_mutex_unlock(&mylock); pthread_cond_signal(&mycond); printf("Producer:%d\n",data); } return NULL; } int main() { Init(&list); pthread_t tid1,tid2; pthread_create(&tid1,NULL,Consumer,NULL); pthread_create(&tid2,NULL,Producer,NULL); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); destroy(list); pthread_mutex_destroy(&mylock); pthread_cond_destroy(&mycond); return 0; }
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