信号量与基于环形队列的生产者消费者模型

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POSIX信号量

理解

使用

初始化

销毁

等待

发布信号量

基于环形队列的生产者消费者模型

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POSIX信号量

理解

信号量可用于线程间的同步，它可以用于将一整块资源切成一个个的小部分以供并发访问。它实际上是一个计数器，但特别之处在于支持原子性的++和--操作。在信号量中称为V操作和P操作

举个电影院的例子来理解一下，电影院里有很多座位，而这些座位就相当于是整个电影放映会场所切成的小部分，以供多个观众进行预约。而观众关心的资源是座位，因此需要信号量来对剩余座位数计数，每有一个观众预约，这个信号量就--，减到0就阻塞住不再能预约，如果有观众退票，就将该信号量++，以便其他观众能再次预约座位。

使用

这一系列函数实际上也是库函数，需要链接 -lpthread

初始化

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

pshared:0表⽰线程间共享，⾮零表⽰进程间共享
value：信号量初始值

返回值为0代表成功，非零表示错误码

销毁

int sem_destroy(sem_t *sem);

等待

等待信号量将其--

int sem_wait(sem_t *sem); //P()

发布信号量

将信号量加1

nt sem_post(sem_t *sem);//V()

基于环形队列的生产者消费者模型

该生产者消费者模型与基于阻塞队列的生产者消费者模型最大的区别在于，环形队列可以做到生产者线程和消费者线程之间的并发访问。我们只需要用信号量对生产者关心的资源和消费者关心的资源进行计数，就能使生产者和消费者之间可并发访问资源，消费者访问尾指针，生产者访问头指针

//对信号量的封装
//sem.hpp
#include <semaphore.h>
namespace sem_module
{class sem{private:sem_t _sem;public://pshared: 0表示线程间，非0表示进程间//val: 信号量初始值sem(int pshared = 0, unsigned int val = 0);~sem();int wait();int post();};sem::sem(int pshared, unsigned int val){int err = sem_init(&_sem, pshared, val);//错误处理（日志）//...}sem::~sem(){int err = sem_destroy(&_sem);//错误处理（日志）//...}int sem::wait(){int err = sem_wait(&_sem);return err;}int sem::post(){int err = sem_post(&_sem);return err;}}

//ring_queue.hpp
#include <pthread.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include "sem.hpp"
namespace ring_queue_module
{using namespace sem_module;const size_t DEFAULT_CAPACITY = 1000;template<class T>class ring_queue{public:ring_queue(size_t max_size = DEFAULT_CAPACITY):_r_queue(max_size),_max_size(max_size),_space_count(0, max_size),_data_count(0, 0),_begin(0),_end(0){}void push(const T& val){//只要_space_count为0就阻塞等待//_space_count为0表示没有空闲空间int err = _space_count.wait();//错误处理(日志)//...{//在信号量等待后再加锁//以便自己加锁期间，其他线程也能够访问信号量std::lock_guard<std::mutex> lock(_producer_mutex);_r_queue[_end] = val;std::cout << "生产数据 " << val << std::endl;_end = (_end + 1) % _max_size;}//生产者生产了一个数据，数据计数原子加1err = _data_count.post();//错误处理(日志)//...}const T& pop(){//只要_data_count为0就阻塞等待//_data_count为0表示没有数据int err = _data_count.wait();//错误处理(日志)//...{//在信号量等待后再加锁//以便自己加锁期间，其他线程也能够访问信号量std::lock_guard<std::mutex> lock(_consumer_mutex);T& ret = _r_queue[_begin];std::cout << "消费数据 " << ret << std::endl;_begin = (_begin + 1) % _max_size;}//消费者消费了一个数据，空闲空间计数原子加1err = _space_count.post();//错误处理(日志)//...return ret;}private:std::vector<T> _r_queue;         //环形队列底层容器size_t _max_size;                //环形队列最大容量//生产者和消费者关心的是不同的资源//生产者关心空闲的空间//消费者关心有数据的空间//因此需要两个信号量sem _space_count;                //空闲空间计数sem _data_count;                 //数据计数std::mutex _producer_mutex;      //生产者互斥锁std::mutex _consumer_mutex;      //消费者互斥锁int _begin;                      //环形队列头指针int _end;                        //环形队列尾指针};
}