多線程面試題系列（16）：多線程十大經典案例之一 雙線程讀寫隊列數據

前十五篇中介紹多線程的相關概念，多線程同步互斥問題（第四篇）及解決多線程同步互斥的常用方法——關鍵段、事件、互斥量、信號量、讀寫鎖。為了讓大家更加熟練運用多線程，將會有十篇文章來講解十個多線程使用案例，相信看完這十篇后會讓你能更加游刃有余的使用多線程。

首先來看第一篇——第十六篇 多線程十大經典案例之一 雙線程讀寫隊列數據

《多線程十大經典案例之一雙線程讀寫隊列數據》案例描述：

MFC對話框中一個按鈕的響應函數實現兩個功能：
顯示數據同時處理數據，因此開兩個線程，一個線程顯示數據（開了一個定時器，響應WM_TIMER消息按照一定時間間隔向TeeChart圖表添加數據並顯示）同時在隊列隊尾添加數據，另一個線程從該隊列隊頭去數據來處理。

下面就來解決這個案例。先來分析下。

 

《多線程十大經典案例之一雙線程讀寫隊列數據》案例分析：

這個案例是一個線程向隊列中的隊列頭部讀取數據，一個線程向隊列中的隊列尾部寫入數據。看起來很像讀者寫者問題（見十一篇和十四篇），但其實不然，如果將隊列看成緩沖區，這個案例明顯是個生產者消費者問題（見第十篇）。因此我們仿照生產者消費者的思路來具體分析下案例中的“等待”情況：

    1.     當隊列為空時，讀取數據線程必須等待寫入數據向隊列中寫入數據。也就是說當隊列為空時，讀取數據線程要等待隊列中有數據。

    2.     當隊列滿時，寫入數據線程必須等待讀取數據線程向隊列中讀取數據。也就是說當隊列滿時，寫入數據線程要等待隊列中有空位。

在訪問隊列時，需要互斥嗎？這將依賴於隊列的數據結構實現，如果使用STL中的vector，由於vector會動態增長。因此要做互斥保護。如果使用循環隊列，那么讀取數據線程擁有讀取指針，寫入數據線程擁有寫入指針，各自將訪問隊列中不同位置上的數據，因此不用進行互斥保護。

分析完畢后，再來考慮使用什么樣的數據結構，同樣依照第十篇中的做法。使用兩個信號量，一個來記錄循環隊列中空位的個數，一個來記錄循環隊列中產品的個數（非空位個數）。代碼非常容易寫出，下面給出完整的源代碼。

代碼中的信號量相關函數可以參考第八篇，代碼中的SetConsoleColor是用來改變控制台的文字顏色，具體可以參考《VC 控制台顏色設置》。

 

《多線程十大經典案例之一雙線程讀寫隊列數據》完整代碼：

//第十六篇 多線程十大經典案例之一 雙線程讀寫隊列數據
//http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
const int QUEUE_LEN = 5;
int g_arrDataQueue[QUEUE_LEN];
int g_i, g_j, g_nDataNum;
//關鍵段 用於保證互斥的在屏幕上輸出
CRITICAL_SECTION g_cs;
//信號量 g_hEmpty表示隊列中空位 g_hFull表示隊列中非空位
HANDLE     g_hEmpty, g_hFull;
//設置控制台輸出顏色
BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes)
{
    HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)
        return FALSE;
    return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);
}
//讀數據線程函數
unsigned int __stdcall ReaderThreadFun(PVOID pM)
{
    int nData = 0;
    while (nData < 20)
    {
        WaitForSingleObject(g_hFull, INFINITE);
        nData = g_arrDataQueue[g_i];
        g_i = (g_i + 1) % QUEUE_LEN;
        EnterCriticalSection(&g_cs);
        printf("從隊列中讀數據%d\n", nData);
        LeaveCriticalSection(&g_cs);
        Sleep(rand() % 300);
        ReleaseSemaphore(g_hEmpty, 1, NULL);
    }
    return 0;
}
//寫數據線程函數
unsigned int __stdcall WriterThreadFun(PVOID pM)
{
    int nData = 0;
    while (nData < 20)
    {
        WaitForSingleObject(g_hEmpty, INFINITE);
        g_arrDataQueue[g_j] = ++nData;
        g_j = (g_j + 1) % QUEUE_LEN;
        EnterCriticalSection(&g_cs);
        SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);
        printf("    將數據%d寫入隊列\n", nData);
        SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);
        LeaveCriticalSection(&g_cs);
        Sleep(rand() % 300);
        ReleaseSemaphore(g_hFull, 1, NULL);
    }
    return 0;
}
int main()
{
    printf("     第十六篇 多線程十大經典案例 雙線程讀寫隊列數據\n");
    printf(" - by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902 ) -\n\n");

    InitializeCriticalSection(&g_cs);
    g_hEmpty = CreateSemaphore(NULL, QUEUE_LEN, QUEUE_LEN, NULL);
    g_hFull = CreateSemaphore(NULL, 0, QUEUE_LEN, NULL);

    srand(time(NULL));
    g_i = g_j = 0;
    HANDLE hThread[2];
    hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ReaderThreadFun, NULL, 0, NULL);
    hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, WriterThreadFun, NULL, 0, NULL);

    WaitForMultipleObjects(2, hThread, TRUE, INFINITE);

    for (int i = 0; i < 2; i++)
        CloseHandle(hThread[i]);
    CloseHandle(g_hEmpty);
    CloseHandle(g_hFull);
    DeleteCriticalSection(&g_cs);
    return 0;
}

 

《多線程十大經典案例之一雙線程讀寫隊列數據》運行結果：

程序運行結果如下：

本文配套程序下載地址為：http://download.csdn.net/detail/morewindows/5136035