第75课 多线程间的互斥（上）

Posted 2020-08-27

1. 生产消费者问题

（1）问题描述

　　①有n个生产者同时制造产品，并把产品存入仓库中

　　②有m个消费者同时需要从仓库中取出产品。

（2）规则

　　①当仓库未满，任意生产者可以存入产品。

　　②当仓库未空，任意消费者可以取出产品。

2. 生活中的例子

　　①线程间除了时序上可能存在依赖，还可能读写共享资源时存在依赖。

　　②洗手间的使用

 

　　③“十字路口”

 

3. 多线程间的互斥

（1）临界资源（Critical Resource）：每次只允许一个线程进行访问（读/写）的资源。（注意，这与Windows下的临界区不是一个概念，临界资源是要共享读写的资源）。

（2）线程间的互斥（竞争）：多个线程在同一时刻都需要访问临界资源，这时会产生竞争。

（3）QMutex类是一把线程锁，保证线程间的互斥。利用线程锁能够保证临界资源的安全性。

4. QMutex中的关键成员函数

（1）void lock()函数

　　①当锁空闲时，获取锁并继续执行。

　　②当锁被其他线程占有时，阻塞并等待锁的释放。

（2）void unlock()函数：

　　①释放锁（同一把锁的获取和释放必须在同一线程中成对出现）

　　②如果调用unlock()时处于空闲状态，也就是在调用lock()之前先调用unlock()，那么程序的行为是未定义的。

【编程实验】解决生产消费者问题

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QDebug>

#define MAXSTORAGE 10  //最大库存量

static QMutex g_mutex;  //读写库存锁
static QMutex g_debug;  //qdebug锁
static QString g_store;

//生产者
class Producer : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        int count = 0;

        while (true)
        {
            g_mutex.lock();

            //生产数据，未满仓时将数据加入仓库
            if(g_store.count() <= MAXSTORAGE)
            {
                g_store.append(QString::number((count++) % 10));

                g_debug.lock();
                qDebug() << objectName() << ":" + g_store;
                g_debug.unlock();
            }

           g_mutex.unlock();

            msleep(1);
        }
    }
};

//消费者
class Customer : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        while (true)
        {
            g_mutex.lock();

            //仓库
            if(g_store.count() > 0)
            {
                //字符串中的最前面的1个字符
                g_store.remove(0, 1);

                g_debug.lock();
                qDebug() << objectName() << ":" + g_store;
                g_debug.unlock();
            }

            g_mutex.unlock();

            msleep(1);
        }
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    Producer p;
    Customer c;

    p.setObjectName("Producer");
    c.setObjectName("Customer");

    p.start();
    c.start();

    return a.exec();
}

5. 小结

（1）临界资源每次只允许一个线程进行访问（读/写）

（2）线程锁（QMutex）用于保护临界资源

（3）线程只有获取锁之后才能访问临界资源

（4）锁被其他线程获取时，当前线程进入等待状态。

（5）线程锁的获取和释放必须在同一线程中成对出现。