多線程系列之生產者和消費者問題

　　生產者消費者問題是一個著名的線程同步問題，該問題描述如下：有一個生產者在生產產品，這些產品將提供給若干個消費者去消費，為了使生產者和消費者能並發執行，在兩者之間設置一個具有多個緩沖區的緩沖池，生產者將它生產的產品放入一個緩沖區中，消費者可以從緩沖區中取走產品進行消費，顯然生產者和消費者之間必須保持同步，即不允許消費者到一個空的緩沖區中取產品，也不允許生產者向一個已經放入產品的緩沖區中再次投放產品。

　 首先來簡化問題，先假設生產者和消費者都只有一個，且緩沖區也只有一個。這樣情況就簡便多了。

    第一．從緩沖區取出產品和向緩沖區投放產品必須是互斥進行的。可以用互斥鎖來完成。

    第二．生產者要等待緩沖區為空，這樣才可以投放產品，消費者要等待緩沖區不為空，這樣才可以取出產品進行消費。並且由於有二個等待過程，所以要用二個事件或者信號量來控制。

在.net中，用Monitor可以同時達到以上兩者的效果。演示如下:

1 首先，聲明一個隊列：

 _queue = new Queue<T>();

2 設置緩沖區大小：

int _maxQueueCount=1024;

3 用兩個變量來記錄生產者和消費者的數量：

  int _consumersWaiting;
  int _producersWaiting;

4 生產者生產：

       lock (_locker)
            {
                _queue.Enqueue(item);
                while (_queue.Count >= _maxQueueCount && !_isDisposed)
                {
                    _producersWaiting++;
                 Monitor.Wait(_locker);
                    _producersWaiting--;
                }
                if (_consumersWaiting > 0)
                    Monitor.PulseAll(_locker);
            }

生產者在隊列的長度大於緩沖區之后，釋放鎖並進入等待狀態，同時通知消費者。

5 消費者開始消費：

 lock (_locker)
 { 
 //消費所有數據
  if (_producersWaiting > 0)
         Monitor.PulseAll(_locker);
    _consumersWaiting++;
    Monitor.Wait(_locker);
     _consumersWaiting--;
}

消費者在消費完緩沖區所有數據之后，通知生產者，釋放鎖，並進入等待狀態。

這個時候，生產者重新得到鎖，並繼續生產。

生產者與消費者變會一直有序的交叉進行下去。

 

然后再對這個簡單生產者消費者問題加大難度。將消費者改成2個，緩沖池改成擁有4個緩沖區的大緩沖池。

請讀者自行研究解決辦法。

最后，關於生產者和消費者的問題，總結如下：

1．首先要考慮生產者與消費者對緩沖區操作時的互斥。

2．不管生產者與消費者有多少個，緩沖池有多少個緩沖區。都只有二個同步過程——分別是生產者要等待有空緩沖區才能投放產品，消費者要等待有非空緩沖區才能去取產品。

 

正確掌握生產者和消費者問題的解決辦法，為開發人員的一種基本素質之一。當然Coding依然是真正掌握的不二法門:)