生产者消费者-(多线程同步和互斥)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CELL 10
#define FLORE 0



int i = 0; /* 所有线程共享的全局变量，此处假定至多递增至10，最小减到0 */

pthread_mutex_t mutex;              /* 定义互斥锁 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con;  /* 定义两个条件变量 */

/* 生产者线程 */
void* pro_handler(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());   /* 由系统回收线程资源，而非主线程回收资源 ，此类情况主线程是个服务器，永久不会退出 */
    
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i >= CELL)
        {
            pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); 
            /* continue是轮询，此处是阻塞 */
            /* 把锁放开再等 ，第一个参数是结构体指针，其中有成员存放被阻塞的函数 */
            /*不占cpu*/
            /* 不满足条件时才会等 ，需要别人告诉它，才能唤醒它*//* 当它返回时，锁也要回来了*/
        }
        i++;
        if(i == 1)
        {
            /* 由空到不空，唤醒消费者 */
            pthread_cond_signal(&cond_con);    /*不会立马signal被阻塞的消费者线程，因为其还要等锁抢回来*/
        }
        printf("add i: %d \n", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 5 + 1);
    }
}

/* 消费者线程 */
void* con_handler(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i <= FLORE)
        {
            pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex);
        }
        i--;
        if(i == 9) /* 由满到不满，要告诉生产者,以便将其唤醒 *//*此处，直接signal也可以，我们是为了更加精确*/
        {
            pthread_cond_signal(&cond_pro);
        }
        printf("con i: %d \n", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 5 + 1);
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) // exe +num -num
{
    srand(getpid());
    int con_cnt, pro_cnt;
    pro_cnt = atoi(argv[1]);
    con_cnt = atoi(argv[2]);
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    pthread_cond_init(&cond_pro,NULL);
    pthread_cond_init(&cond_con,NULL);
    pthread_t *arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt , sizeof(pthread_t));
    int index = 0;
    while(pro_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index, NULL, pro_handler, NULL);
        index++;
        pro_cnt--;
    }
    while(con_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index, NULL, con_handler, NULL);
        index++;
        con_cnt--;
    }
    while(1);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_pro);
    pthread_cond_destroy(&cond_con);
    return 0;
}
无论是在生产者线程，还是在消费者线程中。标记黄色部分的判断条件必须用while。以生产者线程举例，当i>=CELL时，也就是i满时，此时执行pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex); 该生产者线程被挂起。必须等到消费者线程pthread_cond_signal(&cond_pro); 将其唤醒。但是消费者将其signal还不够，被挂其的生产者线程必须重新拿到锁，才可以被激活。但是，由于在消费者signal的同时，生产者并不能立即抢到锁，所以此时可能i值又改变变为大于等于10了。因此必须用while。不然可能导致i>10。

将生产者消费者模型进一步修改、

生产者和消费者（互斥与同步）。资源用队列模拟（要上锁，一个时间只能有一个线程操作队列）。

m个生产者。拿到锁，且产品不满，才能生产。当产品满，则等待，等待消费者唤醒。当产品由空到不空，通知消费者。
n个消费者。拿到锁，且有产品，才能消费。当产品空，则等待，等待生产者唤醒。当产品由满到不满，通知生产者。
    
生产者条件：队列不满
消费者条件：队列不空
因此有两个条件变量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CNT 20           /* 最多生产20个产品 */

/* 用队列模拟车间 */
/* front和tail初始化均为0，tail是下一个资源生成的下一个数组空间下标 */
typedef struct tag
{
    int s_arr[CNT + 1] ;   /* 生产20个产品，必须有21个空间，因为如果空间都装满产品，无法区别队列满和队列空 */
    int s_front ;
    int s_tail ;
}QUEUE,*pQUEUE ;
QUEUE my_que ;
/* 资源为空 */
int que_empty(pQUEUE pq)
{
    return pq ->s_front == pq -> s_tail ;
}
/* 资源为满 */
int que_full(pQUEUE pq)
{
    return  (pq -> s_tail + 1)% (CNT+1) == pq -> s_front ;
}
int que_cnt(pQUEUE pq)
{
    return (pq -> s_tail  - pq ->s_front + CNT + 1)% (CNT + 1) ;
}
pthread_mutex_t  mutex ;
pthread_cond_t cond_pro, cond_con ;

void* pro_handler(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex) ;
        while(que_full(&my_que))
        {
            pthread_cond_wait(&cond_pro, &mutex);
        }
        my_que.s_arr[my_que.s_tail ] = rand() % 1000 ;
        my_que.s_tail  = (my_que.s_tail + 1)% (CNT + 1) ;
        if(que_cnt(&my_que) == 1)
        {
            pthread_cond_broadcast(&cond_con);
        }
        printf("produce a product, total num : %d \n", que_cnt(&my_que));
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3 + 1);
    }
}
void* con_handler(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(que_empty(&my_que))
        {
            pthread_cond_wait(&cond_con, &mutex);
        }
        my_que.s_front = (my_que.s_front + 1) % (CNT + 1) ;
        if(que_cnt(&my_que) == CNT - 1)
        {
            /*由于我们的主线程是等消费者线程创建完之后，再创建生产者线程，
              因此一开始所有消费者线程都会挂起，在条件变量cond_pro的队列里排队
              因此需要用broadcast通知所有消费者线程。
              不然一次就通知一个生产者线程，就此消费者线程会抢锁。
              当然，如果一开始主线程先创建生产者线程，再创建消费者线程，
              由于生产者线程不会全部阻塞，因此可以使用signal来唤醒一个        */
            pthread_cond_broadcast(&cond_pro);
        }
        printf("consume a product, total num: %d \n", que_cnt(&my_que));
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3 + 1);
    }

}
int main(int argc, char* argv[])//exe pro_num  con_num
{
    int con_cnt , pro_cnt ;
    my_que.s_front = 0 ; 
    my_que.s_tail = 0 ;
    pro_cnt = atoi(argv[1]) ;
    con_cnt = atoi(argv[2]) ;
    srand(getpid());
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_pro, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_con, NULL);
    pthread_t* arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt, sizeof(pthread_t));
    int index = 0 ;
    while(con_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index , NULL, con_handler, NULL);
        index ++ ;
        con_cnt -- ;
    }
    sleep(5);
    while(pro_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index , NULL, pro_handler, NULL);
        index ++ ;
        pro_cnt -- ;
    }
    while(1) ;
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_pro);
    pthread_cond_destroy(&cond_con);
    return 0 ;
}

makefile

main:main.c
    gcc -o $@ $< -lpthread