簡述

生產者將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，直到它到達緩沖區(qū)的末尾，這時，它從開始位置重新啟動，覆蓋現(xiàn)有數(shù)據(jù)。消費者線程讀取數(shù)據(jù)并將其寫入標準錯誤。

Wait condition（等待條件）比單獨使用 mutex（互斥量）有一個更高級的并發(fā)性，如果緩沖區(qū)的訪問由一個 QMutex 把守，當生產者線程訪問緩沖區(qū)時，消費者線程將無法訪問。然而，兩個線程同時訪問不同的緩沖區(qū)是沒有害處的。

示例包含兩個類：Producer 和 Consumer，均繼承自 QThread。循環(huán)緩沖區(qū)用于兩個類之間的溝通，同步工具用于保護全局變量。

另一種“生產者 - 消費者”模式的方案是使用 QSemaphore - Qt之線程同步（生產者消費者模式 - QSemaphore）

• 簡述
• 全局變量
• Producer
• Consumer
• main 函數(shù)
• 更多參考

全局變量

首先，一起來看循環(huán)緩沖區(qū)和相關的同步工具：

const int DataSize = 100000;const int BufferSize = 8192; char buffer[BufferSize];QWaitCondition bufferNotEmpty; QWaitCondition bufferNotFull; QMutex mutex; int numUsedBytes = 0;

DataSize 是生產者將生成的數(shù)據(jù)數(shù)量，為了讓示例盡可能地簡單，把它定義為一個常數(shù)。BufferSize 是循環(huán)緩沖區(qū)的大小，小于 DataSize，這意味著在某一時刻生產者將達到緩沖區(qū)的末尾，并從開始位置重新啟動。

要同步生產者和消費者，需要兩個 wait 條件和一個 mutex。當生產者生成一些數(shù)據(jù)時，bufferNotEmpty 條件被發(fā)射，告訴消費者可以讀取它了；當消費者讀取一些數(shù)據(jù)時，bufferNotFull 條件被發(fā)射，告訴生產者生成更多的數(shù)據(jù)。numUsedBytes 為緩沖區(qū)中所包含數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

總之，wait 條件、mutex、和 numUsedBytes 計數(shù)器確保生產者不會先于消費者超過 BufferSize 的大小，而消費者永遠不會讀取生產者尚未生成的數(shù)據(jù)。

Producer

Producer 類的代碼如下：

class Producer : public QThread { public:Producer(QObject *parent = NULL) : QThread(parent){}void run() Q_DECL_OVERRIDE{qsrand(QTime(0,0,0).secsTo(QTime::currentTime()));for (int i = 0; i < DataSize; ++i) {mutex.lock();if (numUsedBytes == BufferSize)bufferNotFull.wait(&mutex);mutex.unlock();buffer[i % BufferSize] = "ACGT"[(int)qrand() % 4];mutex.lock();++numUsedBytes;bufferNotEmpty.wakeAll();mutex.unlock();}} };

生產者生成 DataSize 字節(jié)的數(shù)據(jù)。在往循環(huán)緩沖區(qū)寫入一個字節(jié)之前，它必須先檢測緩沖區(qū)是否已滿（例如，numUsedBytes 等于 BufferSize），如果緩沖區(qū)滿了，線程就會在 bufferNotFull 條件上等待。

最后，生產者增加 numUsedBytes，并且標志 bufferNotEmpty 條件為 true，從而 numUsedBytes 必然大于 0，

我們使用一個 mutex 保護 numUsedBytes 變量的所有訪問。此外，QWaitCondition::wait() 函數(shù)接受一個 mutex 作為其參數(shù)。當線程被置于休眠狀態(tài)之前，該 mutex 被解鎖；當線程被喚醒，該 mutex 被鎖定。此外，為了防止競爭條件發(fā)生，從鎖定狀態(tài)到等待狀態(tài)的過渡具有原子性。

Consumer

現(xiàn)在轉向 Consumer 類：

class Consumer : public QThread {Q_OBJECT public:Consumer(QObject *parent = NULL) : QThread(parent){}void run() Q_DECL_OVERRIDE{for (int i = 0; i < DataSize; ++i) {mutex.lock();if (numUsedBytes == 0)bufferNotEmpty.wait(&mutex);mutex.unlock();fprintf(stderr, "%c", buffer[i % BufferSize]);mutex.lock();--numUsedBytes;bufferNotFull.wakeAll();mutex.unlock();}fprintf(stderr, "\n");}signals:void stringConsumed(const QString &text); };

代碼非常類似于生產者，在讀取字節(jié)之前，需要先檢查緩沖區(qū)是否為空（numUsedBytes 為 0），而非它是否為已滿。并且，當它為空時，等待 bufferNotEmpty 條件。在讀取字節(jié)后，減小 numUsedBytes （而非增加），并標志 bufferNotFull 條件（而非 bufferNotEmpty 條件）。

main() 函數(shù)

在 main() 函數(shù)中，我們創(chuàng)建兩個線程，并調用 QThread::wait()，以確保在退出之前，這兩個線程有時間完成。

int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication app(argc, argv);Producer producer;Consumer consumer;producer.start();consumer.start();producer.wait();consumer.wait();return 0; }

當運行這個程序時，會發(fā)生什么呢？

最初，生產者是唯一一個可以做任何事情的線程，消費者阻塞并等待 bufferNotEmpty 條件被發(fā)射（numUsedBytes 是 0）。一旦生產者把一個字節(jié)放入緩沖區(qū)，numUsedBytes 就會變?yōu)?BufferSize - 1，并且 bufferNotEmpty 條件被發(fā)射。這時，可能發(fā)生兩件事：要么消費者線程接管和讀取字節(jié)，要么生產者開始生成第二個字節(jié)。

此示例中提出的“生產者 - 消費者”模式，適用于編寫高并發(fā)多線程應用。在多處理器計算機中，程序可能比基于 mutex 的方案快達兩倍之多，因為兩個線程可以同一時間在緩沖區(qū)的不同部分處于激活狀態(tài)。

要知道，這些好處并不總能實現(xiàn)，加鎖和解鎖一個 QMutex 是需要成本的。在實踐中，可能需要把緩沖區(qū)分為塊，并針對塊操作而非單個字節(jié)。緩沖區(qū)的大小也是一個必須仔細選擇的參數(shù)，需要基于實驗。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Qt之线程同步（生产者消费者模式 - QWaitCondition）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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