多线程系列之生产者和消费者问题

  生产者消费者问题是一个著名的线程同步问题,该问题描述如下:有一个生产者在生产产品,这些产品将提供给若干个消费者去消费,为了使生产者和消费者能并发执行,在两者之间设置一个具有多个缓冲区的缓冲池,生产者将它生产的产品放入一个缓冲区中,消费者可以从缓冲区中取走产品进行消费,显然生产者和消费者之间必须保持同步,即不允许消费者到一个空的缓冲区中取产品,也不允许生产者向一个已经放入产品的缓冲区中再次投放产品。

  首先来简化问题,先假设生产者和消费者都只有一个,且缓冲区也只有一个。这样情况就简便多了。

    第一.从缓冲区取出产品和向缓冲区投放产品必须是互斥进行的。可以用互斥锁来完成。

    第二.生产者要等待缓冲区为空,这样才可以投放产品,消费者要等待缓冲区不为空,这样才可以取出产品进行消费。并且由于有二个等待过程,所以要用二个事件或者信号量来控制。

在.net中,用Monitor可以同时达到以上两者的效果。演示如下:

1 首先,声明一个队列:

 _queue = new Queue<T>();

2 设置缓冲区大小:

int _maxQueueCount=1024;

3 用两个变量来记录生产者和消费者的数量:

  int _consumersWaiting;
  int _producersWaiting;

4 生产者生产:

       lock (_locker)
            {
                _queue.Enqueue(item);
                while (_queue.Count >= _maxQueueCount && !_isDisposed)
                {
                    _producersWaiting++;
                    Monitor.Wait(_locker);
                    _producersWaiting--;
                }
                if (_consumersWaiting > 0)
                    Monitor.PulseAll(_locker);
            }

生产者在队列的长度大于缓冲区之后,释放锁并进入等待状态,同时通知消费者。

5 消费者开始消费:

 lock (_locker)
 { 
 //消费所有数据
  if (_producersWaiting > 0)
         Monitor.PulseAll(_locker);
    _consumersWaiting++;
     Monitor.Wait(_locker);
     _consumersWaiting--;
}

消费者在消费完缓冲区所有数据之后,通知生产者,释放锁,并进入等待状态。

这个时候,生产者重新得到锁,并继续生产。

生产者与消费者变会一直有序的交叉进行下去。

然后再对这个简单生产者消费者问题加大难度。将消费者改成2个,缓冲池改成拥有4个缓冲区的大缓冲池。

请读者自行研究解决办法。

最后,关于生产者和消费者的问题,总结如下:

1.首先要考虑生产者与消费者对缓冲区操作时的互斥。

2.不管生产者与消费者有多少个,缓冲池有多少个缓冲区。都只有二个同步过程——分别是生产者要等待有空缓冲区才能投放产品,消费者要等待有非空缓冲区才能去取产品。

正确掌握生产者和消费者问题的解决办法,为开发人员的一种基本素质之一。当然Coding依然是真正掌握的不二法门:)

原文地址:https://www.cnblogs.com/HouZhiHouJueBlogs/p/4530778.html