生产者-消费者C++实现（一）

和同学闲聊，谈到多线程中的经典问题——生产者-消费者问题：要求实现两个线程，一个线程负责对全局变量进行+1操作，一个线程负责打印更新后的值。自己从事code多年，自以为对多线程了解深入，不假思索，写出了下面的代码：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <iostream>
#include <condition_variable>

static volatile bool g_flag = true; //线程运行标志
static volatile int g_value = 0;  //打印变量
static std::condition_variable g_cond; //条件变量
static std::mutex g_mutex; //互斥锁

//打印线程入口函数
void print_thread(void)
{
	printf("print thread enter \n");
	while (g_flag) {
		std::unique_lock<std::mutex> lk(g_mutex);
		auto ret = g_cond.wait_for(lk, std::chrono::milliseconds(5000));
		if (ret == std::cv_status::no_timeout) {
			std::cout << "pppppppppp print thread " << g_value << std::endl;
		} else {
			printf("print thread wait timeout\n");
		}
	}
	printf("print thread leave \n");
}

//计算线程入口函数
void add_thread(void)
{
	printf("add thread enter \n");
	while (g_value < 10) {
		{
			std::unique_lock<std::mutex> lk(g_mutex);
			g_value++;
			std::cout << "++++++++++ add thread " << g_value << std::endl;
		}
		g_cond.notify_one();
	}
	printf("add thread leave \n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
	std::thread thread_print(print_thread);
	std::thread thread_add(add_thread);

	getchar();

	g_flag = false;

	if (thread_print.joinable())
		thread_print.join();
	if (thread_add.joinable())
		thread_add.join();

	return 0;
}

运行之后，结果令我很尴尬：

分析原因，试着在分析线程调用g_cond.notify_one()之后添加等待，代码如下：

void add_thread(void)
{
	printf("add thread enter \n");
	while (g_value < 10) {
		{
			std::unique_lock<std::mutex> lk(g_mutex);
			g_value++;
			std::cout << "++++++++++ add thread " << g_value << std::endl;
		}
		g_cond.notify_one();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
	}
	printf("add thread leave \n");
}

就这样，问题解决了：

由此可知，是由于计算线程运行太快，而打印线程运行慢，造成condition_variable信号丢失导致。很明显，要解决这样的问题，在计算线程增加等待不是一个好的解决方案，因为等待时间不好控制：时间太短，打印线程没有处理完，仍会导致condition_variable信号丢失；时间太长，导致打印线程等待，造成时间浪费。新的方案，使用两个condition_variable，一个用于等待打印，一个用于等待计算，代码如下：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <iostream>
#include <condition_variable>

volatile bool g_flag = true; //运行标志
volatile int g_value = 0; //变量
volatile bool g_print_able = false; //是否可以打印
std::condition_variable g_cond_add_enable; //计算条件变量
std::condition_variable g_cond_print_enable; //打印条件变量
std::mutex g_mutex;

//打印线程入口函数
void print_thread(void)
{
	printf("print thread enter \n");
	while (g_flag) {
		{
			std::unique_lock<std::mutex> lk(g_mutex);
			g_cond_print_enable.wait(lk, [&] {return g_print_able; }); //等待打印
			std::cout << "pppppppppp print thread " << g_value << std::endl;
			g_print_able = false;
		}
		g_cond_add_enable.notify_one(); //通知计算
		
	}
	printf("print thread leave \n");
}

//计算线程入口函数
void add_thread(void)
{
	printf("add thread enter \n");
	while (g_value < 10) {
		if (g_value != 0) {
			std::unique_lock<std::mutex> lk(g_mutex);
			g_cond_add_enable.wait(lk, [] {return !g_print_able; }); //等待计算
			g_value++;
			std::cout << "++++++++++ add thread " << g_value << std::endl;
			g_print_able = true;
		} else { //第一次计算，不等待，直接计算，否则造成死锁
			g_value++;
			g_print_able = true;
			std::cout << "++++++++++ add thread " << g_value << std::endl;
		}
		g_cond_print_enable.notify_one(); //通知打印
	}
	printf("add thread leave \n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
	std::thread thread_print(print_thread);
	std::thread thread_add(add_thread);

	getchar();

	g_flag = false;

	if (thread_print.joinable())
		thread_print.join();
	if (thread_add.joinable())
		thread_add.join();

	return 0;
}

打印结果如下：

当然，这种方案仅适用于生产者，消费者性能处理相当的情况。如果生产者，消费者处理性能相差较大，该种方案并不合适。