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C++11 生产者消费者

2016-09-28 00:00:00 广州睿丰德信息科技有限公司 阅读
睿丰德科技 专注RFID识别技术和条码识别技术与管理软件的集成项目。质量追溯系统、MES系统、金蝶与条码系统对接、用友与条码系统对接

下面是一个生产者消费者问题,来介绍condition_variable的用法。当线程间的共享数据发生变化的时候,可以通过condition_variable来通知其他的线程。消费者wait 直到生产者通知其状态发生改变,Condition_variable是使用方法如下:

·当持有锁之后,线程调用wait

·wait解开持有的互斥锁(mutex),阻塞本线程,并将自己加入到唤醒队列中

·当收到通知(notification),该线程从阻塞中恢复,并加入互斥锁队列(mutex queue)

 线程被唤醒之后继续持有锁运行。

 

Condition variable有两种类型:condition_variable 和 condition_variable_any,前一种效率更高,但是使用不够灵活,只支持std::unique_lock<std::mutex>类型的互斥锁;后一种比较灵活,支持所有类型的锁,但是效率稍微低一些。

有一点需要注意的是使用condition variable进行通信的线程,condition variable 需要使用相同的互斥信号量(mutex)。

下面来看例子:(当按下回车键之后停止)

复制代码
#include <thread>

#include <iostream>

#include <mutex>

#include <queue>

#include <condition_variable>

#include <atomic>

using namespace std;

int main()
{

    mutex lockBuffer; //申明互斥信号量

    volatile bool ArretDemande = false; //使生产、消费过程的结束

    queue<long> buffer;       

    condition_variable_any cndNotifierConsommateurs;//condition variable

    condition_variable_any cndNotifierProducteur;   
 
    thread ThreadProducteur([&]()//生产者线程
    {
       
        std::atomic<long> interlock;//对interlock的操作将是原子的

        interlock=1;   

        while(true)
        {               

                std::this_thread::sleep_for (chrono::milliseconds (15));               

                long element=interlock.fetch_add (1);//【1】

                lockBuffer.lock ();

                while(buffer.size()==10 && ArretDemande ==false)
                {
                   
                    cndNotifierProducteur.wait (lockBuffer);//【2】

                }

                if (ArretDemande==true)

                {                   

                    lockBuffer.unlock ();

                    cndNotifierConsommateurs.notify_one ();//【3】

                    break;

                }

                buffer.push(element);

                cout << "Production unlement :" << element << " size :" << buffer.size() << endl;

                lockBuffer.unlock ();

                cndNotifierConsommateurs.notify_one ();

        }

    } );
thread ThreadConsommateur([&]() { while(true) { lockBuffer.lock (); while(buffer.empty () && ArretDemande==false) { cndNotifierConsommateurs.wait(lockBuffer); } if (ArretDemande==true && buffer.empty ()) { lockBuffer.unlock(); cndNotifierProducteur.notify_one (); break; } long element=buffer.front(); buffer.pop (); cout << "Consommation element :" << element << " size :" << buffer.size() << endl; lockBuffer.unlock (); cndNotifierProducteur.notify_one (); } } ); std::cout << "Pour arreter pressez [ENTREZ]" << std::endl; getchar(); std::cout << "Arret demande" << endl ArretDemande=true; ThreadProducteur.join(); ThreadConsommateur.join(); cout<<"Main Thread"<<endl; return 0; }
复制代码

 

运行结果:

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对程序进行一下说明,程序中有三个线程,主线程、生产者线程、消费者线程,三个线程之间乱序执行,通过一些全局变量来控制他们的执行顺序。主线程的作用是控制生产消费过程是否结束,当程序运行之后,主线程通过getchar()接收一个输入,接收到输入后会将ArretDemande设置为true,另外两个线程会终止。生产者线程将生产出来的数据放在一个queue类型的buffer中,并解锁,通知消费之线程,buffer中最多“能”存10个数据,如果buffer中已经有10个数据还没有被取走,则会通知消费者线程“消费”,如果ArretDmande被置位,则打开锁,并通知消费之线程。消费者线程主要是将buffer中的数据取出来,当buffer为空的时候阻塞自己,并通知生产者线程,当ArretDemande被置位,且已经消费完产品则解锁,并通知生产者线程。需要注意的是需要通信的生产者和消费者这两个线程通过condition variable来实现通信,必须操作同一个mutex,这里是lockbuffer,并且每次Notify都会打开当前锁。

程序中对interlock进行的操作是原子的,interlock.fet_add(N),效果是将interlock加N,然后返回interlock在加N之前的值,atomic类型是通过一定的内存顺序规则来实现这个过程的。

虽然conditon_variable 只能支持std::unique_lock<std::mutex>类型的互斥锁,但是在大部分情况下已经够用,而且使用std::unique_lock<std::mutex>会比较简单,因为std::unique_lock<std::mutex>在声明的时候就会初始化,在生命周期结束之后就会自动解锁,因此我们不用太花精力来考虑什么时候解锁。我们来看看下面这段程序:

复制代码
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <iostream>
#include <queue>
#include <chrono>
 
int main()
{
    std::queue<int> produced_nums;
    std::mutex m;;
    std::condition_variable cond_var;
    bool done = false;
    bool notified = false;
 
    std::thread producer([&]() {
        for ( int i = 0; i < 5; ++i) {
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono:: seconds(1));
            std:: unique_lock<std::mutex > lock(m);  //May lock mutex after construction, unlock before destruction.
            std::cout << "producing " << i << '\n' ;
            produced_nums.push(i);
            notified = true;
       cond_var.notify_one(); } done = true; cond_var.notify_one(); }); //cond_var.notify_one(); std::thread consumer([&]() { while (!done) { std:: unique_lock<std::mutex > lock(m); while (!notified) { // loop to avoid spurious wakeups cond_var.wait(lock); } while (!produced_nums.empty()) { std::cout << "consuming " << produced_nums.front() << '\n'; produced_nums.pop(); } notified = false; } }); producer.join(); consumer.join(); return 0; }
复制代码

 运行结果:

C:\Windows\system32\cmd.exe /c producer_consumer.exe
producing 0
consuming 0
producing 1
consuming 1
producing 2
consuming 2
producing 3
consuming 3
producing 4
consuming 4
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更新:2012年8月4日16:53:25

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