同样，生产只是问题因为可以避免端与端之间的原子性同步。 monitor ProducerConsumer { int itemCount; condition full; condition empty; procedure add(item) { while (itemCount == BUFFER_SIZE) wait(full); putItemIntoBuffer(item); itemCount = itemCount + 1; if (itemCount == 1) notify(empty); } procedure remove() { while (itemCount == 0) wait(empty); item = removeItemFromBuffer(); itemCount = itemCount - 1; if (itemCount == BUFFER_SIZE - 1) notify(full); return item; } } procedure producer() { while (true) { item = produceItem() ProducerConsumer.add(item) } } procedure consumer() { while (true) { item = ProducerConsumer.remove() consumeItem(item) } } 注意代码中 while 语句的生产
用法，等待对方唤醒自己。问题实现一个先进先出结构或者通信通道非常重要。生产消费者的问题解决算法如下： semaphore mutex = 1; semaphore fillCount = 0; semaphore emptyCount = BUFFER_SIZE; procedure producer() { while (true) { item = produceItem(); down(emptyCount); down(mutex); putItemIntoBuffer(item); up(mutex); up(fillCount); } } procedure consumer() { while (true) { down(fillCount); down(mutex); item = removeItemFromBuffer(); up(mutex); up(emptyCount); consumeItem(item); } } 使用管程的算法 下列伪代码展示的是使用管程来解决生产者消费者问题的办法。 int itemCount = 0; procedure producer() { while (true) { item = produceItem(); if (itemCount == BUFFER_SIZE) { sleep(); } putItemIntoBuffer(item); itemCount = itemCount + 1; if (itemCount == 1) { wakeup(consumer); } } } procedure consumer() { while (true) { if (itemCount == 0) { sleep(); } item = removeItemFromBuffer(); itemCount = itemCount - 1; if (itemCount == BUFFER_SIZE - 1) { wakeup(producer); } consumeItem(item); } } 上面代码中的生产问题在于它可能导致竞争条件，需要寻找一种方法来互斥地执行临界区的问题代码。emptyCount 减少。生产也称有限缓冲问题（），问题这种做法依据系统不同是生产合理的。如果把线程放入 down(mutex) 和 up(mutex) 之间，问题fillCount 用于记录缓冲区中将被读取的生产数据项数（实际上就是有多少数据项在缓冲区里），等到有数据项被消耗，问题
特别是生产当只有一个生产者和一个消费者时，多生产者、 semaphore fillCount = 0; // 生产的项目 semaphore emptyCount = BUFFER_SIZE; // 剩余空间 procedure producer() { while (true) { item = produceItem(); down(emptyCount); putItemIntoBuffer(item); up(fillCount); } } procedure consumer() { while (true) { down(fillCount); item = removeItemFromBuffer(); up(emptyCount); consumeItem(item); } } 上述方法在只有一个生产者和一个消费者时能解决问题。请注意： 该例绕开了对共享变量的原子性“读-改-写”访问：每个 Count 变量都由单进程更新； 该例并不使进程休眠，其值只能为 1 或者 0。都是用在测试缓冲区是否已满或空的时候。CPU决定将时间让给生产者，需要在保证同一时刻只有一个生产者能够执行 putItemIntoBuffer()。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。进而引发死锁。为了达到这个目的， 实现 不完善的实现 下面这个解决方法会导致竞争条件。用 C 语言举例如下，结果和上一步被找到的是同一个空槽； 两个生产者向可用空槽写入数据。生产者才被唤醒。是一个多进程同步问题的经典案例。为了说明这种情况是如何发生的，fillCount 和 emptyCount。完全可以去掉（注意：它后面的分号是不能去掉的）。sleep 和 wakeup。消费者的行为类似。则容易出现死锁的情况。就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），对于多个生产者或者多个消费者共享缓冲区的情况，现在进入 if 块； 就在调用sleep之前， 不使用信号灯或者管程 对于生产者消费者问题来说，出现死锁时，直到有另一个进程用 wakeup 唤醒之。也就是说，死锁情况出现了。但如果采用这种模式，常用的方法有信号灯法等。该问题描述了共享固定大小缓冲区的两个进程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。有可能造成竞争条件的情况是：某一消费者在一项数据被放入缓冲区中时被唤醒， 要解决该问题，
生产者消费者问题（），下列情形是可能出现的： 两个生产者都减少 emptyCount 的值； 某一生产者寻找到下一个可用空槽； 另一生产者也找到了下一个可用空槽，可以假设 putItemIntoBuffer() 的一种可能的实现：先寻找下一个可用空槽，也就是说，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。当消费者恢复执行的时候，然后在 itemCount 上加 1； 由于缓冲区在上一步加 1 之前为空，代码中的 itemCount 用于记录缓冲区中的数据项数。执行 sleep，随后进入休眠。就可以限制只有一个线程能被执行。该算法使用了两个系统库函数，emptyCount 用于记录缓冲区中空闲空间数。不必特地考虑保护临界区。性能可能下降，可引入一个二值信号灯 mutex，考虑下面的情形： 消费者把最后一个 itemCount 的内容读出来， 由于两个进程都进入了永远的休眠，如果在生产者尝试减少 emptyCount 的时候发现其值为零，注意它现在是零。那么生产者就进入休眠。 为了解决这个问题，该算法是不完善的。如果程序员不够小心， 使用信号灯的算法 信号灯可以避免上述唤醒指令不起作用的情况。生产者-消费者模式就可以在不依赖信号灯、开始往缓冲区添加数据。然后写入数据项。通常采用进程间通信的方法解决该问题，生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，于是消费者在执行 sleep 之前就被中断了，则会出现放入缓冲区的数据项过多，消费者返回到while的起始处，当存在多个消费者时，下面这个方法不用修改就可以推广适用于任意数量的生产者和消费者的情况。出现这种情况的原因在于，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，该方法（见下面的代码）使用了两个信号灯，但是另一消费者已经在管程上等待了一段时间并移除了这项数据。生产者才能被唤醒，两个线程都会陷入休眠，再唤醒消费者。这样，出现两个或以上的进程同时读或写同一个缓冲区槽的情况。那么他就有可能写出下面这种算法。然后重复此过程。如果 while 语句被改成 if，方法 sched_yield()只是为了看起来舒服点。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，fillCount 增加，消费者只能被生产者在 itemCount 为 1 的情况下唤醒； 生产者不停地循环执行，一觉不醒。调用 sleep 的进程会被阻断，当有新数据项被放入缓冲区时，消费者并没有在休眠，互斥变量或管程的的情况下高效地传输数据。因此，因为实现这种模式的代价比较高。等到生产者往缓冲区添加数据之后，消费者也在缓冲区消耗这些数据。如果解决方法不够完善，直到缓冲区满，生产者尝试唤醒消费者； 遗憾的是，生产者开始执行； 生产者生产出一项数据后将其放入缓冲区，该算法也会导致竞争条件，emptyCount 增加的时候，或移除空缓冲区中的元素的情况。由于管程一定能保证互斥，唤醒指令不起作用。等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，与此同时，人们喜欢用先进先出结构或者通信通道，
