C++编程模拟生产者消费者模型

生产者消费者问题是操作系统中典型的进程同步互斥问题，（英语：Producer-Consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。

该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程“生产者”（Producer）和“消费者”（Consumer）在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。问题的约束条件是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中为空时消耗数据。下面的C++程序代码用水果的例子模拟生产者消费者模型，生产者随机生产水果列表{"Apple","Banana","Cherry","Orange","Pear","Peach","WaterMelon"}中的一种，缓冲区用数组模拟。程序应用了互斥锁和信号量，使用了CreateMutex，ReleaseMutex，CreateSemaphore，ReleaseSemaphore，WaitForSingleObject等Windows下的线程函数。C++代码如下：
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <windows.h>
#include <string>
#include <time.h>using namespace std;const int limit = 30;  //生产总量
const int maxsize = 10; //缓冲区大小
const int kind = 7;
int bufIdx = 0;    //当前缓冲区下标string buf[maxsize];    //缓冲区 （字符串）//伪造的产品
string product[] = {"Apple","Banana","Cherry","Orange","Pear","Peach","WaterMelon"};HANDLE mutex,full,empty;HANDLE disp;    //用于控制屏幕打印的互斥锁//生产者子过程
DWORD WINAPI Producer(LPVOID param)
{int ct,idx;const int pwait = 100;srand(time(NULL)); //随机数播种WaitForSingleObject(disp, INFINITE);cout << "Producer Start!" << endl << endl;ReleaseMutex(disp);for (ct = 0; ct < limit; ct ++){idx = rand() % kind;WaitForSingleObject(disp, INFINITE);cout << product[idx] << " is ready!" << endl << endl;ReleaseMutex(disp);WaitForSingleObject(empty, INFINITE); //请求一个空缓冲区，阻塞WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); //请求互斥锁，阻塞buf[bufIdx ++] = product[idx];WaitForSingleObject(disp, INFINITE);cout << product[idx] << " added to slot No. " << bufIdx << endl << endl;ReleaseMutex(disp);ReleaseMutex(mutex);    //释放互斥锁ReleaseSemaphore (full, 1, NULL);   //signal(full)Sleep(rand() % pwait + 100);  //休息一会}cout << "Producer Quit!" << endl << endl;return 0;
}//消费者子过程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID param)
{int ct;const int cwait = 300;string stuff;srand(time(NULL));WaitForSingleObject(disp, INFINITE);cout << "Consumer Start!" << endl << endl;ReleaseMutex(disp);for (ct = 0; ct < limit; ct ++){WaitForSingleObject(full, INFINITE); //请求一个满缓冲区，阻塞WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); //请求互斥锁，阻塞stuff = buf[-- bufIdx];WaitForSingleObject(disp, INFINITE);cout << "Consumer get " << stuff << " from slot No. " << (bufIdx + 1) << endl << endl;ReleaseMutex(disp);ReleaseMutex(mutex);    //释放互斥锁ReleaseSemaphore (empty, 1, NULL);   //signal(empty)Sleep(rand() % cwait + 100);  //休息一会}cout << "Consumer Quit!" << endl << endl;return 0;
}int main()
{//生产者线程与消费者线程的线程IDDWORD ProducerID, ConsumerID;//线程句柄HANDLE ProducerHandle, ConsumerHandle;//创建生产者线程ProducerHandle = CreateThread(NULL, 0, Producer, NULL, 0, &ProducerID);//创建消费者线程ConsumerHandle = CreateThread(NULL, 0, Consumer, NULL, 0, &ConsumerID);disp = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);//创建互斥锁mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);//创建缓冲区占用信号量full = CreateSemaphore (NULL, 0, maxsize, "full");//创建缓冲区空闲信号量empty = CreateSemaphore (NULL, maxsize, maxsize, "empty");//等待直到生产者线程执行完成if (ProducerHandle != NULL){WaitForSingleObject(ProducerHandle, INFINITE);CloseHandle(ProducerHandle);}//等待直到消费者线程执行完成if (ConsumerHandle != NULL){WaitForSingleObject(ConsumerHandle, INFINITE);CloseHandle(ConsumerHandle);}system("pause");
}

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