c++ - 无法在 C++ 中使用列表创建生产者-消费者实例
问题描述
伙计们。我正在学习生产者-消费者问题。我的教授给了我们一个示例代码,使用经典代码int array
在两个线程之间共享资源。它按预期工作,但是,我想使用std:list
C++ 中的类尝试它,但它没有按预期工作。消费者似乎不尊重sem_wait(&full);
,因此当共享列表中没有任何内容时,它会尝试多次消费。
带有数组缓冲区的原始代码
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define N 2
#define TRUE 1
int buffer[N], in = 0, out = 0;
sem_t empty, full, mutexC, mutexP;
void *producer(void *arg) {
while(TRUE) {
sleep(rand()%5);
sem_wait(&empty);
sem_wait(&mutexP);
buffer[in] = rand() % 100;
printf("Producing buffer[%d] = %d\n", in, buffer[in]);
in= (in+1) % N;
sem_post(&mutexP);
sem_post(&full);
}
}
void *consumer(void *arg) {
while(TRUE) {
sleep(rand()%5);
sem_wait(&full);
sem_wait(&mutexC);
printf("Consuming buffer[%d] = %d\n", out, buffer[out]);
out = (out+1) % N;
sem_post(&mutexC);
sem_post(&empty);
}
}
int main(int argc, char *argv[ ]) {
pthread_t cons, prod;
sem_init(&mutexC, 0, 1);
sem_init(&mutexP, 0, 1);
sem_init(&empty, 0, N);
sem_init(&full, 0, 0);
pthread_create(&prod, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cons, NULL, consumer, NULL);
pthread_exit(0);
}
我的列表实现:
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <list>
#define TRUE 1
#define N 2
using namespace std;
list<int> sharedList;
sem_t empty, full, mutexC, mutexP;
void *producer(void *arg) {
while(TRUE) {
sleep(rand()%5);
sem_wait(&empty);
sem_wait(&mutexP);
int prod = rand() % 100;
cout << "producing: " << prod << endl;
sharedList.push_back(prod);
sem_post(&mutexP);
sem_post(&full);
}
}
void *consumer(void *arg) {
while(TRUE) {
sleep(rand()%5);
sem_wait(&full);
sem_wait(&mutexC);
if (!sharedList.empty()) {
cout << "consuming: ";
cout << sharedList.front() << endl;
sharedList.pop_front();
} else {
cout << "not possible to consume" << endl;
}
sem_post(&mutexC);
sem_post(&empty);
}
}
int main(int argc, char *argv[ ]) {
pthread_t cons, prod;
sem_init(&mutexC, 0, 1);
sem_init(&mutexP, 0, 1);
sem_init(&empty, 0, N);
sem_init(&full, 0, 0);
pthread_create(&prod, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cons, NULL, consumer, NULL);
pthread_exit(0);
}
我的实现中的 - 意外 - 日志:
producing: 73
consuming: 73
not possible to consume
producing: 44
consuming: 44
producing: 9
producing: 65
consuming: 9
producing: 87
consuming: 65
consuming: producing: 29
87
not possible to consume
consuming: 29
producing: 9
producing: 60
consuming: 9
producing: 78
有人可以向我解释发生了什么吗?提前致谢!
解决方案
首先,请注意在这两个程序中:
- 只有一个生产者竞争 semaphore
mutexP
,该 semaphore 没有任何用处。 - 同样,只有一个消费者争夺 semaphore
mutexC
,这也没有任何用处。
现在,考虑在您的第一个程序中通过empty
使用值 2 而不是值 1 初始化信号量来达到什么目的:我假设您会同意这样做允许生产者与消费者同时运行,领先一个位置。这没关系,因为对不同数组元素的访问不会发生冲突。
但是,当您的存储是 astd::list
而不是数组时,如果其中一个线程修改它,则两个线程同时操作它是不行的。有几种互补的方式来看待它,其中包括:
a
std::list
是单个对象,对其的访问必须同步,而数组只是其元素的集合,就同步要求而言,它不是它自己的不同对象。a
std::list
有成员——例如维护当前列表大小——被所有操作使用,必须同步访问。
无论您选择查看它,都必须确保std::list
如果其中一个线程修改它,则两个线程不能同时访问它。
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