生产者与消费者模式（线程的同步与互斥）

死锁产生的四个条件：

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1、互斥使用（资源独占） 

一个资源每次只能给一个进程使用 

.2、不可强占（不可剥夺） 

资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放 

.3、请求和保持（部分分配，占有申请） 

一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配） 

.4、循环等待 

存在一个进程等待队列 

{P1 , P2 , … , Pn}, 

其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路

生产者：生产数据

消费者：消费数据

提供场所：缓冲区，eg:超市

生产者消费者特点：三种关系，两类人，一个场所

三种关系指的是：生产者与生产者之间是互斥关系

        消费者与消费者之间是互斥关系

        生产者与消费者之间是同步与互斥关系

两类人：生产者，消费者

一个场所：存储数据（此处用带头单链表实现）

单生产者单消费者模式：此例取数据方式为LIFO后进先出,所取数据为最后一个生产的数据（也可选择所取数据为最先生产的数据，可自行选择）

互斥锁相关函数：

#include

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);//非阻塞形式获取锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

//1.使用互斥锁实现
#include
#include
#include
typedef int  _dataType_;
typedef int*  _dataType_p_;
typedef struct _node
{
    _dataType_ data;
    struct _node* next;
}node,*nodep,**nodepp;
nodep head=NULL;
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
nodep  buyNode(_dataType_ val)
{
    nodep tmp=(nodep)malloc(sizeof(node));
    if(tmp!=NULL)
    {
        tmp->data=val;
        tmp->next=NULL;
        return tmp;
    }
    return NULL;
}
void init(nodepp head)
{
    *head=buyNode(0);
}
void push_list(nodep head,_dataType_ val)
{
    nodep tmp=buyNode(val);
    tmp->next=head->next;
    head->next=tmp;
}
int pop_list(nodep head,_dataType_p_ pval)
{
    if(head->next==NULL)
        return -1;
    nodep del=head->next;
    *pval=del->data;
    head->next=del->next;
    free(del);
    return 0;
}
void* product(void* arg)
{
    _dataType_  i=0;
    while(1)
    {
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        push_list(head,i++);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
void* consumer(void* arg)
{
    _dataType_ val=0;
    while(1)
    {
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(pop_list(head,&val)==-1)
        {
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            continue;
        }
        printf("data:%d\n",val);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
    init(&head);
    pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    free(head);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

//2.使用条件变量实现生产者消费者模式

条件变量：基于互斥锁实现同步与互斥

一个条件变量总是和一个Mutex搭配使用。 

一个线程可以调用pthread_cond_wait在一个Condition Variable上阻塞等待,这个函数做以下三步操作:
1. 释放Mutex
2. 阻塞等待
3. 当被唤醒时,重新获得Mutex并返回

条件变量相关函数：

#include

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,

             const struct timespec *restrict abstime);

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

pthread_cond_timedwait函数还有一个额外的参数可以设定等待超时,如果到达了abstime所指
定的时刻仍然没有别的线程来唤醒当前线程,就返回ETIMEDOUT。

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

一个线程可以调用pthread_cond_signal唤醒在某个Condition Variable上等待的另一个线程,也可以调用pthread_cond_broadcast唤醒在这个Condition Variable上等待的所有线程。

#include
#include
#include
typedef int  _dataType_;
typedef int*  _dataType_p_;
typedef struct _node
{
    _dataType_ data;
    struct _node* next;
}node,*nodep,**nodepp;
nodep head=NULL;
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
nodep  buyNode(_dataType_ val)
{
    nodep tmp=(nodep)malloc(sizeof(node));
    if(tmp!=NULL)
    {
        tmp->data=val;
        tmp->next=NULL;
        return tmp;
    }
    return NULL;
}
void init(nodepp head)
{
    *head=buyNode(0);
}
void push_list(nodep head,_dataType_ val)
{
    nodep tmp=buyNode(val);
    tmp->next=head->next;
    head->next=tmp;
}
int pop_list(nodep head,_dataType_p_ pval)
{
    if(head->next==NULL)
        return -1;
    nodep del=head->next;
    *pval=del->data;
    head->next=del->next;
    free(del);
    return 0;
}
void* product(void* arg)
{
    _dataType_  i=0;
    while(1)
    {
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        push_list(head,i++);
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
void* consumer(void* arg)
{
    _dataType_ val=0;
    while(1)
    {
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(pop_list(head,&val)==-1)
            pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
        printf("data:%d\n",val);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
    init(&head);
    pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    free(head);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

//3.使用环形buf存储数据，信号量的使用

信号量相关函数：

信号量(Semaphore)和Mutex类似,表示可用资源的数量,和Mutex不同的是这个数量可以大于1

#include

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

int sem_destroy(sem_t *sem);

int sem_wait(sem_t *sem);//类似P操作

int sem_trywait(sem_t *sem);

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

int sem_post(sem_t *sem);//类似V操作

#include
#include
#include
#define _SEM_PRO_ 20
#define _SEM_COM_ 0
typedef int  _dataType_;
_dataType_ blank[_SEM_PRO_];
sem_t sem_product;
sem_t sem_consumer;
void* product(void* arg)
{
    int index=0;
    int count=0;
    while(1)
    {
        sleep(rand()%5);
        sem_wait(&sem_product);
        blank[index++]=count++;
        sem_post(&sem_consumer);
        index%=_SEM_PRO_;
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
void* consumer(void* arg)
{
    int index=0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&sem_consumer);
        printf("data:%d\n",blank[index++]);
        sem_post(&sem_product);
        index%=_SEM_PRO_;
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
    sem_init(&sem_product,0,20);
    sem_init(&sem_consumer,0,0);
    pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    sem_destroy(&sem_product);
    sem_destroy(&sem_consumer);
    return 0;
}

//4.多生产者，多消费者模式

#include
#include
#include
#define _SEM_PRO_ 20
#define _SEM_COM_ 0
typedef int  _dataType_;
_dataType_ blank[_SEM_PRO_];
sem_t sem_product;
sem_t sem_consumer;
pthread_mutex_t mutex_product=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex_consumer=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* product(void* arg)
{
    int index=0;
    int count=0;
    while(1)
    {
        sleep(rand()%5);
        sem_wait(&sem_product);
        pthread_mutex_lock(&mutex_product);
        printf("%d thread id doing\n",(int)arg);
        blank[index++]=count++;
        index%=_SEM_PRO_;
        pthread_mutex_unlock(&mutex_product);
        sem_post(&sem_consumer);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
void* consumer(void* arg)
{
    int index=0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&sem_consumer);
        pthread_mutex_lock(&mutex_consumer);
        printf("%d thread is consumer,data:%d\n",(int)arg,blank[index++]);
        index%=_SEM_PRO_;
        pthread_mutex_unlock(&mutex_consumer);
        sem_post(&sem_product);
    }
    pthread_exit((void*)1);
}
int main()
{
    pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
    sem_init(&sem_product,0,20);
    sem_init(&sem_consumer,0,0);
    pthread_create(&tid1,NULL,product,(void*)1);
    pthread_create(&tid2,NULL,consumer,(void*)2);
    pthread_create(&tid3,NULL,product,(void*)3);
    pthread_create(&tid4,NULL,consumer,(void*)4);
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    pthread_join(tid3,NULL);
    pthread_join(tid4,NULL);
    sem_destroy(&sem_product);
    sem_destroy(&sem_consumer);
    pthread_mutex_destroy(&mutex_product);
    pthread_mutex_destroy(&mutex_consumer);
}

运行结果显示：