Dijkstra的生产者-消费者问题详解及C++实现

生产者与消费者问题是经典并发控制问题之一，它由著名计算机科学家Edsger Dijkstra在早期研究中引入，用于演示进程间通信（IPC）和同步机制的有效使用。在这个问题中，有两个线程：生产者和消费者，它们在一个共享内存区域中交互，一个负责生成数据放入缓冲区，另一个负责消耗数据。这个问题的核心在于确保生产者不会过度填充缓冲区，同时避免消费者在缓冲区为空时尝试读取。 Dijkstra提出了信号量作为解决此问题的关键工具。信号量是一种计数器，可以被多个线程同时访问，通过递增或递减操作来控制对共享资源的访问。在这个示例中，我们看到三个关键的信号量： 1. `g_hMutex`：互斥锁，确保任何时候只有一个线程能访问缓冲区，防止数据混乱。 2. `g_hFullSemaphore`：满信号量，表示缓冲区中已有可用元素，生产者线程需要获取这个信号量才能继续生产。 3. `g_hEmptySemaphore`：空信号量，表示缓冲区为空，消费者线程需要获取这个信号量才能开始消费。 `Producer()`函数模拟了生产者的行为，当它获得`g_hEmptySemaphore`并生产了一个新的元素后，会递增`SIZE_OF_BUFFER`（缓冲区大小）并释放`g_hFullSemaphore`，允许其他线程继续生产。同时，它还会检查`g_continue`标志，如果设置为`false`，则停止生产。 `Consumer()`函数模拟了消费者，它首先获取`g_hFullSemaphore`，表示有数据可供消费。然后，它消耗一个元素，将`out`变量递增，并释放`g_hEmptySemaphore`。如果缓冲区已满，消费者会阻塞等待`g_hFullSemaphore`的释放。 `main()`函数初始化了必要的资源，包括互斥锁、信号量以及线程数组和标识符。然后创建了生产者和消费者线程，每个线程的数量由`PRODUCERS_COUNT`和`CONSUMERS_COUNT`定义。循环中，对于每一个生产者，创建一个新线程并分配一个线程标识；对于消费者，同样创建线程但数量较少。线程运行完成后，调用`ExitThread()`函数结束。 整个示例展示了如何通过使用信号量和互斥锁来实现生产者与消费者问题中的线程同步，确保数据的一致性和线程间的正确协作。在实际编程中，这种机制可以应用于各种多线程场景，如网络编程、任务队列管理等，以避免资源争抢导致的错误和死锁。