C语言多线程模拟:单生产者/多消费者问题实战

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在本篇关于使用多线程程序模拟实现单生产者/多消费者问题的文章中,我们将探讨如何在Linux环境下利用C语言来设计一个场景,其中有一个生产者线程负责生成随机整数,而多个消费者线程(如四个消费者)依次接收并处理这些整数。每个消费者会将接收到的整数加上特定的数值后输出,以展示多线程协作的基本概念。 首先,程序的核心是`producer()`函数,它生成一个随机整数,范围在0到99之间,通过`srand()`和`rand()`函数实现随机性,并将结果返回。这个函数在单线程中执行,但通过传递指针给其他线程,实现了多线程之间的通信。 `consumer()`函数是消费者线程的实现,它接收一个整数指针作为参数,读取指针指向的值,将其加1(对于消费者1)、加2(消费者2)、加3(消费者3)或加4(消费者4),然后输出处理后的结果。这里使用了`sleep(1)`来模拟实际操作时间,防止并发操作冲突。函数返回处理后的值,但在这个例子中并未真正保存结果,而是直接返回。 `main()`函数是程序的入口点,首先定义了用于存储线程ID的数组,以及用于创建生产者和消费者线程的变量。创建生产者线程,然后调用`producer()`函数获取初始的随机数,并打印出来。接着,创建消费者线程,循环N-1次,每次传入不同的随机数副本和计数器值,以便每个消费者处理不同的整数。在创建消费者线程后,通过`pthread_join()`等待所有消费者线程完成。 值得注意的是,代码中存在一个潜在问题,即`consumer()`函数接受的指针在`consumer_thread`数组创建时可能没有正确初始化,导致线程间的数据共享可能出现错误。此外,对于消费者线程的创建,虽然理论上应该使用`randomAfter`变量,但在实际代码中,`consumer_thread`数组中的元素直接传入`&random`,这可能导致线程之间共享的数据不一致。在实际编程中,需要确保数据同步和线程安全。 总结来说,这篇C语言代码展示了如何在Linux环境中的多线程编程中实现单生产者/多消费者模式,包括线程的创建、数据传递和线程间的同步控制。然而,为了保证正确性和可扩展性,开发者需要对线程同步机制(如互斥锁、条件变量等)有深入理解,并根据实际情况调整代码,避免并发时可能出现的竞态条件和死锁。
2009-01-13 上传
《生产者与消费者问题算法实现》 设计思想 因为有多个缓冲区,所以生产者线程没有必要在生成新的数据之前等待最后一个数据被消费者线程处理完毕。同样,消费者线程并不一定每次只能处理一个数据。在多缓冲区机制下,线程之间不必互相等待形成死锁,因而提高了效率。   多个缓冲区就好像使用一条传送带替代托架,传送带上一次可以放多个产品。生产者在缓冲区尾加入数据,而消费者则在缓冲区头读取数据。当缓冲区满的时候,缓冲区就上锁并等待消费者线程读取数据;每一个生产或消费动作使得传送带向前移动一个单位,因而,消费者线程读取数据的顺序和数据产生顺序是相同的。 可以引入一个count计数器来表示已经被使用的缓冲区数量。用hNotEmptyEvent 和hNotFullEvent 来同步生产者和消费者线程。每当生产者线程发现缓冲区满( count=BufferSize ),它就等待hNotEmptyEvent 事件。同样,当消费者线程发现缓冲区空,它就开始等待hNotEmptyEvent。生产者线程写入一个新的数据之后,就立刻发出hNotEmptyEvent 来唤醒正在等待的消费者线程;消费者线程在读取一个数据之后,就发出hNotFullEvent 来唤醒正在等待的生产者线程。 程序的设计思想大致为:设置一while循环,pi生产者访问临界区,得到权限访问缓冲区,如果缓冲区满的,则等待,直到缓冲区非满;访问互斥锁,当得到互斥锁且缓冲区非满时,跳出while循环,开始产生新数据,并把数据存放于Buffer缓冲区中,当数据存放结束则结束临界区;接着唤醒消费者线程;ci消费者访问临界区,得到权限访问缓冲区,如果缓冲区为空,没有可以处理的数据,则释放互斥锁且等待,直到缓冲区非空;当等到缓冲区非空时,跳出while循环;消费者获得数据,并根据所获得的数据按类别消费(当消费者获得的数据为大写字母时,则把大写字母转换成小写字母,并显示;当消费者获得的数据为小写字母时,则把小写字母转换成大写字母,并显示;当消费者获得的数据为字符0、1、2、……8、9时,把这些字符直接显示到屏幕;当消费者获得的数据为符号(+、-、*、\……)时,把这些符号打印成7行7列的菱形);处理完数据后,结束临界区;接着唤醒生产者线程。