多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据

Posted 2020-08-16 蒲公英110

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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在《秒杀多线程系列》的前十五篇中介绍多线程的相关概念，多线程同步互斥问题《秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题》及解决多线程同步互斥的常用方法——关键段、事件、互斥量、信号量、读写锁。为了让大家更加熟练运用多线程，将会有十篇文章来讲解十个多线程使用案例，相信看完这十篇后会让你能更加游刃有余的使用多线程。

首先来看第一篇——《秒杀多线程第十六篇多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例描述：

MFC对话框中一个按钮的响应函数实现两个功能：
显示数据同时处理数据，因此开两个线程，一个线程显示数据（开了一个定时器，响应WM_TIMER消息按照一定时间间隔向TeeChart图表添加数据并显示）同时在队列队尾添加数据，另一个线程从该队列队头去数据来处理。

本案例来源于http://bbs.csdn .NET/topics/390383114，感谢hehening88提供题目，特此鸣谢。

下面就来解决这个案例。先来分析下。

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例分析：

这个案例是一个线程向队列中的队列头部读取数据，一个线程向队列中的队列尾部写入数据。看起来很像读者写者问题（见《秒杀多线程第十一篇读者写者问题》和《秒杀多线程第十四篇读者写者问题继读写锁SRWLock》），但其实不然，如果将队列看成缓冲区，这个案例明显是个生产者消费者问题（见《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》）。因此我们仿照生产者消费者的思路来具体分析下案例中的“等待”情况：

1. 当队列为空时，读取数据线程必须等待写入数据向队列中写入数据。也就是说当队列为空时，读取数据线程要等待队列中有数据。

2. 当队列满时，写入数据线程必须等待读取数据线程向队列中读取数据。也就是说当队列满时，写入数据线程要等待队列中有空位。

在访问队列时，需要互斥吗？这将依赖于队列的数据结构实现，如果使用STL中的vector，由于vector会动态增长。因此要做互斥保护。如果使用循环队列，那么读取数据线程拥有读取指针，写入数据线程拥有写入指针，各自将访问队列中不同位置上的数据，因此不用进行互斥保护。

分析完毕后，再来考虑使用什么样的数据结构，同样依照《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》中的做法。使用两个信号量，一个来记录循环队列中空位的个数，一个来记录循环队列中产品的个数（非空位个数）。代码非常容易写出，下面给出完整的源代码。

代码中的信号量相关函数可以参考《秒杀多线程第八篇经典线程同步信号量Semaphore》，代码中的SetConsoleColor是用来改变控制台的文字颜色，具体可以参考《VC 控制台颜色设置》。

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》完整代码：

[cpp] view plain copy

//秒杀多线程第十六篇多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据
//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;
//关键段用于保证互斥的在屏幕上输出
CRITICAL_SECTION g_cs;
//信号量 g_hEmpty表示队列中空位 g_hFull表示队列中非空位
HANDLE g_hEmpty, g_hFull;
//设置控制台输出颜色
BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes)
{
HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)
return FALSE;
return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);
}
//读数据线程函数
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("从队列中读数据%d\n", nData);
LeaveCriticalSection(&g_cs);
Sleep(rand() % 300);
ReleaseSemaphore(g_hEmpty, 1, NULL);
}
return 0;
}
//写数据线程函数
unsigned int __stdcall WriterThreadFun(PVOID pM)
{
int nData = 0;
while (nData < 20)
{
WaitForSingleObject(g_hEmpty, INFINITE);
g_arrDataQueue[g_j] = ++nData; //注意这里 nData++; 和 ++nData的区别导致最后一个数读不出来
g_j = (g_j + 1) % QUEUE_LEN;
EnterCriticalSection(&g_cs);
SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);
printf(" 将数据%d写入队列\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(" 秒杀多线程第十六篇多线程十大经典案例双线程读写队列数据\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;
}