进程同步的经典算法———生产者和消费者

#include <windows.h>
#include <iostream>

const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 2; //缓冲区长度
unsigned short ProductID = 0;    //产品号
unsigned short ConsumeID = 0;    //将被消耗的产品号
unsigned short in = 0;      //产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned short out = 0;      //产品出缓冲区时的缓冲区下标

int buffer[SIZE_OF_BUFFER];    //缓冲区是个循环队列
bool p_ccontinue = true;      //控制程序结束
HANDLE Mutex;       //用于线程间的互斥
HANDLE FullSemaphore;     //当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLE EmptySemaphore;     //当缓冲区空时迫使消费者等待

DWORD WINAPI Producer(LPVOID);    //生产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);    //消费者线程

int main()
{
    //创建各个互斥信号
//注意，互斥信号量和同步信号量的定义方法不同，互斥信号量调用的是CreateMutex函数，同步信号量
//调用的是CreateSemaphore函数，函数的返回值都是句柄。
    Mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER,SIZE_OF_BUFFER,NULL);
    //将上句做如下修改，看看结果会怎样
//EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
    FullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER,NULL);

    //调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
    //生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待 
    const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 1;  //生产者的个数
    const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 3;  //消费者的个数

    //总的线程数
    const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;

    HANDLE hThreads[THREADS_COUNT]; //各线程的handle
    DWORD producerID[PRODUCERS_COUNT]; //生产者线程的标识符
    DWORD consumerID[CONSUMERS_COUNT]; //消费者线程的标识符

//创建生产者线程
    for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){
        hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);
        if (hThreads[i]==NULL) return -1;
    }
    //创建消费者线程
    for (int i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){
        hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);
        if (hThreads[i]==NULL) return -1;
    }

    while(p_ccontinue){
        if(getchar()){ //按回车后终止程序运行
            p_ccontinue = false;
        }
    }

    return 0;
}

//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号
void Produce()
{
    std::cout << std::endl<< "Producing " << ++ProductID << " ... ";
    std::cout << "Succeed" << std::endl;
}

//把新生产的产品放入缓冲区
void Append()
{
    std::cerr << "Appending a product ... ";
    buffer[in] = ProductID;
    in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;
    std::cerr << "Succeed" << std::endl;

    //输出缓冲区当前的状态
    for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){
        std::cout << i <<": " << buffer[i];
        if (i==in) std::cout << " <-- 生产";
        if (i==out) std::cout << " <-- 消费";
        std::cout << std::endl;
    }
}

//从缓冲区中取出一个产品
void Take()
{
    std::cerr << "Taking a product ... ";
    ConsumeID = buffer[out];
buffer[out] = 0;
    out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;
    std::cerr << "Succeed" << std::endl;

    //输出缓冲区当前的状态
    for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){
        std::cout << i <<": " << buffer[i];
        if (i==in) std::cout << " <-- 生产";
        if (i==out) std::cout << " <-- 消费";
        std::cout << std::endl;
    }
}

//消耗一个产品
void Consume()
{
    std::cout << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";
    std::cout << "Succeed" << std::endl;
}

//生产者
DWORD  WINAPI Producer(LPVOID lpPara)
{
    while(p_ccontinue){
        WaitForSingleObject(EmptySemaphore,INFINITE);//p(empty);
        WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);//p(mutex);
        Produce();
        Append();
        Sleep(1500);
        ReleaseMutex(Mutex);//V(mutex);
        ReleaseSemaphore(FullSemaphore,1,NULL);//V(full);
    }
    return 0;
}

//消费者
DWORD  WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)
{
    while(p_ccontinue){
        WaitForSingleObject(FullSemaphore,INFINITE);//P(full);
        WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);//P(mutex);
        Take();
        Consume();
        Sleep(1500);
        ReleaseMutex(Mutex);//V(mutex);
        ReleaseSemaphore(EmptySemaphore,1,NULL);//V(empty);
    }
    return 0;
}

步骤三：在main函数中，分别创建生产者线程和消费者线程。其中CreateThread函数的参数说明如下。第三个参数即为执行过程，第六个参数是线程Id的地址。

lpsa

新线程的安全特性。

dwStackSize

新线程的堆栈大小。

pfnThreadProc

新线程的线程过程。

pvParam

将传递的参数传递给线程过程。

dwCreationFlags

创建标志(0个或CREATE_SUSPENDED）。

pdwThreadId

[out] 中，若成功，接收新创建的线程的线程ID DWORD变量的地址

步骤四：1：首先我们将消费者设为1，生产者也设为1；

可以明显发现，基本每次生产一下，就被消费了。也就是说，基本没有线程出现大量时间的滞留

情况二：生产者为3，消费者为1

分析：生产者的能力这时就稍微强于情况一了，所以可以发现基本双零的情况很少见。

情况三：生产者未一，消费者为三。

分析：通过线程的个数不同，我们可以给生产消费不同的能力大小。当生产者的线程数目多时，很容易发现，缓冲区的状态基本很少为零。当消费者的数目较多时，可以发现缓冲区的状态基本为零。

步骤五：

改变缓冲区的大小，当缓冲区空时迫使消费者等待，如果此时将这里的缓冲区减小一个，应该可以推测出缓冲区的状态，始终不可能为零。